一种防水型涂料用水性聚氨酯-聚丙烯酸酯复合乳液及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种防水型涂料用水性聚氨酯‑丙烯酸酯复合乳液及其制备方法，属于防水涂料领域。该乳液按照重量分数计，包括：聚醚多元醇50～100份，多异氰酸酯单体30～70份，聚硅氧烷6～17份，丙烯酸酯单体30～70份，小分子扩链剂4～10份，亲水扩链剂5～15份，成盐剂3～10份。本发明专利技术还提供了一种防水型涂料用水性聚氨酯‑聚丙烯酸酯复合乳液的制备方法。该方法所制备的乳液粒子为semi‑IPN(半‑网络互穿)结构。本发明专利技术的乳液涂饰成膜后，耐水性好、低温成膜性好、高光泽、水接触角≥88°，吸水率≤10％，力学性能好，综合性能优异，可用于防水涂料上的应用。

Waterborne polyurethane polyacrylate composite emulsion for waterproofing coating and preparation method thereof

The invention provides a waterborne polyurethane waterborne polyurethane acrylate composite emulsion and a preparation method thereof, belonging to the waterproof coating field. According to the weight fraction, the emulsion consists of 50~100 polyether polyols, 30~70 polyisocyanate monomers, 6~17 polysiloxanes, 30~70 acrylate monomers, 4~10 small molecular chain extenders, 5~15 hydrophilic chain extenders, 3~10 salt forming agents. The invention also provides a preparation method of waterborne polyurethane waterborne polyurethane polyacrylate composite emulsion. The emulsion particles prepared by this method are semi (IPN) interpenetrating structure. The emulsion has good water resistance, good film forming property at low temperature, high gloss, water contact angle greater than 88 degrees, water absorption less than 10%, good mechanical property and excellent comprehensive performance, and can be used for waterproofing coatings.

【技术实现步骤摘要】
一种防水型涂料用水性聚氨酯-聚丙烯酸酯复合乳液及其制备方法
本专利技术属于涂料
，具体涉及一种防水型涂料用水性聚氨酯-聚丙烯酸酯复合乳液及其制备方法。
技术介绍
在当今社会，人们追求以经济，效率，生态和能源为原则来发展涂料工业，应安全环保的要求，水性聚氨酯将逐步代替传统的溶剂型聚氨酯的应用。相较于传统的溶剂型聚氨酯，水性聚氨酯具有无毒、不易燃、耐低温等优点。但水性聚氨酯也有其固有缺点，如耐水性差，力学性能不佳，耐光性差、原材料相对昂贵等。而聚丙烯酸酯类具有许多突出的优点，如优异的耐光性、耐候性、耐酸碱性以及力学性能，但其低温易变脆，高温易变粘。利用聚氨酯核聚丙烯酸酯性能上的互补，通过丙烯酸酯对聚氨酯进行改性，可获得性能优异的聚氨酯-聚丙烯酸酯复合材料。公开号为CN105482060的中国专利公开了一种通过RAFT(可逆加成-断裂链转移聚合)方法，制备了化学键合核壳的水性聚氨酯-丙烯酸酯共聚乳液，虽然获得了核壳组成可控的聚氨酯-丙烯酸酯乳液，但是RAFT链转移试剂可能会使聚合物带有一定的颜色和气味，而且它们的去除和转换也比较困难。
技术实现思路
本专利技术目的是为了解决现有的水性聚氨酯-丙烯酸酯乳液产品的耐水性差、低温成膜性差的问题，而提供一种防水型涂料用水性聚氨酯-聚丙烯酸酯复合乳液及其制备方法。本专利技术首先提供一种防水型涂料用水性聚氨酯-聚丙烯酸酯乳液，该乳液是经过自乳化法合成出阴离子型水性聚氨酯乳液，然后通过预溶胀的方式将丙烯酸酯单体分散到聚氨酯体系中聚合得到的，所制备的乳液粒子为semi-IPN结构；该乳液按照重量份数计，包括如下：优选的是，所述的聚醚多元醇选自聚氧化乙烯醚二醇、聚四氢呋喃醚二醇、聚氧化丙烯二醇中的一种或几种。优选的是，所述的多异氰酸酯类单体选自二苯基甲烷二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯或六亚甲基二异氰酸酯中的一种或几种。优选的是，所述的聚硅氧烷选自羟基封端聚硅氧烷、羟烷基封端聚硅氧烷或氨基封端聚硅氧烷中的一种或几种。优选的是，所述的丙烯酸酯类单体选自丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯或甲基丙烯酸丁酯中的一种或几种。优选的是，所述的小分子扩链剂选自乙二醇、新戊二醇、1,4-丁二醇或2-甲基-1,3-丙二醇中的一种或几种。优选的是，所述的亲水扩链剂选自二羟甲基丙酸、二羟基半酯、乙二胺基乙磺酸钠、二乙烯三胺或甲基二乙醇胺中的一种或几种。优选的是，所述的成盐剂选自三乙胺、氨水或氢氧化钠中的一种。本专利技术还提供一种防水型涂料用水性聚氨酯-聚丙烯酸酯复合乳液的制备方法，包括如下步骤：步骤一：在反应容器中加入聚醚多元醇、多异氰酸酯、聚硅氧烷、小分子扩链剂、亲水扩链剂和催化剂，在75～95℃反应2～4小时，得到预聚物；步骤二：将反应容器内温度降至30～40℃，加入丙酮降粘，继续反应20～40分钟，然后加入成盐剂，反应5～10分钟，在室温下加入去离子水搅拌，得到水性聚氨酯乳液；步骤三：在得到的水性聚氨酯乳液中加入丙烯酸酯类单体，25℃下预溶胀12～24小时，同时加入1/3乳化剂，待预溶胀结束后，将反应温度升至65～80℃，加入引发剂及剩余乳化剂，氮气保护，搅拌反应3～7小时，得到防水型涂料用水性聚氨酯-聚丙烯酸酯复合乳液。优选的是，所述的步骤三的搅拌速度为250～300转/分钟。本专利技术的有益效果本专利技术提供一种防水型涂料用水性聚氨酯-聚丙烯酸酯乳液，由于采用脂肪族异氰酸酯为原料，所制备的乳液具有耐黄变性和稳定的特点；其在聚氨酯分子主链上引入有机硅链段，降低了膜表面能，改善了膜的耐水性；同时，本专利技术通过预溶胀的方式加入丙烯酸酯类单体，获得一种半网络互穿结构(semi-IPN结构)双改性的水性聚氨酯乳液，该特殊结构可以使膜耐水性提高。所述的水性聚氨酯-聚丙烯酸酯乳液固含量为30％～40％，粒径为80～140nm，储存稳定性在6个月以上，具有乳液粘度适中，粒度均一，稳定性好等优点。实验结果表明：涂饰成膜后，耐水性突出，接触角≥88°，吸水率≤10％，力学性能良好，综合性能优异。本专利技术还提供了一种防水型涂料用水性聚氨酯-聚丙烯酸酯复合乳液的制备方法，该方法为将多异氰酸酯单体、聚醚型多元醇、亲水扩链剂及有机硅按照比例进行逐步聚合，首先制备预聚物，经过自乳化法合成出阴离子型水性聚氨酯乳液，然后通过预溶胀的方式将丙烯酸酯单体分散到聚氨酯体系中，继续聚合，制备出双改性的水性聚氨酯乳液。该方法所制备的乳液粒子为semi-IPN(半-网络互穿)结构。该制备方法简单，原料易得，制备得到的产品具有优异的综合性能。附图说明图1为本专利技术实施例1制备的一种防水型涂料用水性聚氨酯-聚丙烯酸酯复合乳液粒子的透射电镜图；图2为本专利技术实施例1制备的防水型涂料用一种水性聚氨酯-聚丙烯酸酯复合乳液的水接触角和吸水率图。具体实施方式为了进一步了解本专利技术，下面结合具体实施例对本专利技术的优选实施方案进行描述，但是应该理解，这些描述只是为进一步说明本专利技术的特征和优点而不是对本专利技术专利要求的限制。本专利技术首先提供一种防水型涂料用水性聚氨酯-聚丙烯酸酯复合乳液，该乳液是经过自乳化法合成出阴离子型水性聚氨酯乳液，然后通过预溶胀的方式将丙烯酸酯单体分散到聚氨酯体系中聚合得到的，所制备的乳液粒子为semi-IPN结构；该乳液按照重量份数计，包括：聚醚多元醇50～100，多异氰酸酯30～80，丙烯酸酯类单体30～70份，聚硅氧烷6～17份，小分子扩链剂4～10份，亲水扩链剂5～15份，成盐剂3～10份。优选为：聚醚多元醇60～90，多异氰酸酯40～70，聚硅氧烷7～15份，小分子扩链剂5～8份，亲水扩链剂7～10份，成盐剂7～10份，丙烯酸酯类单体30～60份。本专利技术所述的聚醚多元醇选自聚氧化乙烯醚二醇、聚四氢呋喃醚二醇、聚氧化丙烯二醇中的一种或几种，所述的多元醇的数均分子量优选为1000～3000。本专利技术所述的多异氰酸酯类单体选自二苯基甲烷二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯或六亚甲基二异氰酸酯中的一种或几种，本专利技术采用的脂肪族异氰酸酯为原料，制备的乳液具有耐黄变性和稳定的特点。本专利技术所述的聚硅氧烷选自羟基封端聚硅氧烷、羟烷基封端聚硅氧烷或氨基封端聚硅氧烷中的一种或几种，所述的聚硅氧烷的数均分子量优选为500～2000，在聚氨酯分子主链上引入聚硅氧烷，降低了膜的表面性能，改善了膜的耐水性。本专利技术所述的丙烯酸酯类单体选自丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯或甲基丙烯酸丁酯中的一种或几种，优选为甲基丙烯酸甲酯和丙烯酸丁酯的混合物，且甲基丙烯酸甲酯和丙烯酸丁酯的质量比为1:1。本专利技术通过预溶胀的方式将丙烯酸酯单体加入到反应体系中，这种预溶胀的方式可以获得一种半网络互穿结构(semi-IPN结构)，semi-IPN结构会赋予膜优异的耐水性。本专利技术所述的小分子扩链剂选自乙二醇、新戊二醇、1,4-丁二醇或2-甲基-1,3-丙二醇中的一种或几种。本专利技术所述的亲水扩链剂选自二羟甲基丙酸、二羟基半酯、乙二胺基乙磺酸钠、二乙烯三胺或甲基二乙醇胺中的一种或几种。本专利技术所述的成盐剂选自三乙胺、氨水或氢氧化钠中的一种。本专利技术还提供一种防水型涂料用水性聚氨酯-聚丙烯酸酯复合乳液的制备方法，包括如下：步骤一：在反应容器中加入聚醚多元醇、多异氰酸酯、本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种防水型涂料用水性聚氨酯‑聚丙烯酸酯乳液，其特征在于，该乳液是经过自乳化法合成出阴离子型水性聚氨酯乳液，然后通过预溶胀的方式将丙烯酸酯单体分散到聚氨酯体系中聚合得到的，所制备的乳液粒子为semi‑IPN结构；该乳液按照重量份数计，包括如下：

【技术特征摘要】
1.一种防水型涂料用水性聚氨酯-聚丙烯酸酯乳液，其特征在于，该乳液是经过自乳化法合成出阴离子型水性聚氨酯乳液，然后通过预溶胀的方式将丙烯酸酯单体分散到聚氨酯体系中聚合得到的，所制备的乳液粒子为semi-IPN结构；该乳液按照重量份数计，包括如下：。2.根据权利要求1所述的一种防水型涂料用水性聚氨酯-聚丙烯酸酯乳液，其特征在于，所述的聚醚多元醇选自聚氧化乙烯醚二醇、聚四氢呋喃醚二醇、聚氧化丙烯二醇中的一种或几种。3.根据权利要求1所述的一种防水型涂料用水性聚氨酯-聚丙烯酸酯乳液，其特征在于，所述的多异氰酸酯类单体选自二苯基甲烷二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯或六亚甲基二异氰酸酯中的一种或几种。4.根据权利要求1所述的一种防水型涂料用水性聚氨酯-聚丙烯酸酯乳液，其特征在于，所述的聚硅氧烷选自羟基封端聚硅氧烷、羟烷基封端聚硅氧烷或氨基封端聚硅氧烷中的一种或几种。5.根据权利要求1所述的一种防水型涂料用水性聚氨酯-聚丙烯酸酯乳液，其特征在于，所述的丙烯酸酯类单体选自丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯或甲基丙烯酸丁酯中的一种或几种。6.根据权利要求1所述的一种防水型涂料用水性聚氨酯-聚丙烯酸酯乳液，其特征在于，所述的小分子扩链剂选自乙二醇、新戊二醇、1,4-丁二醇或2-甲基-1,3-丙二醇中...

【专利技术属性】
技术研发人员：周超，林荣茜，张杨，
申请(专利权)人：长春工业大学，
类型：发明
国别省市：吉林,22