一种有机硅改性羟基聚丙烯酸酯分散体及其制备方法与应用技术

本发明专利技术属于聚氨酯涂料技术领域，公开了一种有机硅改性羟基聚丙烯酸酯分散体及其制备方法与应用。该制备方法，包括以下步骤：S1.将丙烯酸单体、丙烯酸酯单体、乙烯基单体、丙烯酸酯衍生物单体、有机硅单体和引发剂，混合，形成混合液A；S2.取活性稀释剂，加热后滴加混合液A，保温；然后降温，加入异氰酸酯桥接剂，控制

【技术实现步骤摘要】
一种有机硅改性羟基聚丙烯酸酯分散体及其制备方法与应用


[0001]本专利技术属于聚氨酯涂料
，具体涉及一种有机硅改性羟基聚丙烯酸酯分散体及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]现在，很多物体的表面需要使用涂料进行保护、装饰和赋予特种功能。现有木器涂料多为溶剂型涂料，含有超过50％的有机溶剂，这些溶剂在施工过程中会挥发到大气中污染环境，还损害人体健康，并且有机溶剂本身会带来安全隐患。因此，木器涂料的水性化是国际涂料发展的趋势。水性木器涂料包括单组份和双组分水性木器涂料。其中，单组分水性木器涂料的耐水性、耐化学品性及硬度等漆膜性能与油性涂料差距较大，严重限制了水性木器涂料的推广应用。双组分水性木器涂料的机械性能、耐水性和耐化学品性与溶剂型木器涂料相当，克服了单组分水性木器涂料的缺点。因此双组分水性木器涂料已是高档水性木器涂料的首选。
[0003]双组分水性聚氨酯涂料因具有优异的涂膜性能，得到了广泛的研究和应用。双组分水性聚氨酯涂料由水性聚合物多元醇和水性多异氰酸酯固化剂组成，分开包装，使用时按比例混合。水性聚合物多元醇包括水性聚丙烯酸酯多元醇(又称羟基聚丙烯酸酯树脂)、水性聚氨酯多元醇、水性聚酯多元醇、聚醚多元醇以及混合多元醇等。其中，水性聚丙烯酸酯多元醇价格便宜，具有优异的保色、保光、耐候性，以及分子量、玻璃化温度和羟基含量易于调节等优点，是目前双组分水性聚氨酯涂料中水性聚合物多元醇的重要选择。采用不同聚合工艺可制得乳液和分散体两种类型的聚丙烯酸酯多元醇。乳液型聚丙烯酸酯多元醇(羟基聚丙烯酸酯乳液)生产工艺简单，成本低，但其存在羟基含量低，与水性多异氰酸酯固化剂混合制得的漆膜透明差、流平性差、耐化学品性差、硬度低等问题。相比之下，分散体型聚丙烯酸酯多元醇(羟基聚丙烯酸酯分散体)的羟基含量较高，与水性多异氰酸酯固化剂混合制得的漆膜透明度高、流平性好，且具有优异的耐水性及耐化学品性(但其固化速度不及乳液型聚丙烯酸酯多元醇)。因此，分散体型聚丙烯酸酯多元醇未来有更大的发展空间。
[0004]分散体型聚丙烯酸酯多元醇又称为羟基聚丙烯酸酯分散体，简称羟丙分散体。现有羟基聚丙烯酸酯分散体仍存在固含低、耐高温储存稳定性能差、乳白色外观的观感不佳等问题，且与水性多异氰酸酯固化剂混合后制得漆膜存在干速慢、硬度低等问题。造成以上问题的主要原因是羟基聚丙烯酸酯分散体的聚合物大分子为线性结构，且分子量小。
[0005]采用常规合成工艺通过调整引发剂或链转移剂的添加量等方法，来提高聚合物的分子量时，羟基聚丙烯酸酯分散体的预聚物的黏度会明显上升，造成预聚物无法在水的沸点(100℃)以下分散，严重时预聚物还会形成凝胶。为了实现高粘预聚物的分散，有报道称国外采用高压设备在100℃以上实现加水分散，但该方法工艺复杂，成本较高。因此，常规的方法还无法很好地改善羟基聚丙烯酸酯分散体与水性多异氰酸酯固化剂混合制备的漆膜，所存在的干速慢、硬度低等问题。也有方法通过在水性分散体内部包裹金属离子催化剂来促进分散体聚合物与水性多异氰酸酯固化剂反应，从而稍微提高干速。但该方法并未能从
本质上解决羟基聚丙烯酸酯分散体(尤其是有机硅改性羟基聚丙烯酸酯分散体)预聚物分子量小且为线性结构而造成的固含低、储存稳定性差、乳白色外观的观感不佳等问题，也不能解决其与水性多异氰酸酯固化剂混合后制得漆膜存在硬度低等问题。另外，金属催化剂还会带来重金属污染等问题。
[0006]对羟基聚丙烯酸酯分散体改性的方法有聚酯改性、有机硅改性、环氧改性和醇酸改性等。采用有机硅改性时，有机硅单体或树脂中Si
‑
O的键能高、键角大，Si
‑
O
‑
Si主链柔软，硅氧烷分子呈螺旋形结构，甲基向外排列并绕Si
‑
O链旋转，分子体积大，内聚能密度低。因为含双键(乙烯基)的有机硅单体价格便宜，应用范围广，是最常用的改性有机硅之一。但采用有机硅改性也容易释放小分子醇，其属于VOC，且小分子醇的羟基为单官能度，其作为封端剂与固化剂反应会降低双组分水性聚氨酯涂膜的交联密度，进而使涂膜各项性能变差。
[0007]因此，亟需提供一种有机硅改性羟基聚丙烯酸酯分散体的制备方法，制备的有机硅改性羟基聚丙烯酸酯分散体的小分子醇含量低、储存稳定性强，尤其是具有优异的耐高温储存性能；利用其制备的漆膜的干速快、硬度高。

技术实现思路

[0008]本专利技术旨在至少解决上述现有技术中存在的技术问题之一。为此，本专利技术提出一种有机硅改性羟基聚丙烯酸酯分散体的制备方法，制备的有机硅改性羟基聚丙烯酸酯分散体的固含量高、小分子醇含量低、储存稳定性强，尤其是具有优异的耐高温储存性能；利用其制备的漆膜的干速快、硬度高。
[0009]本专利技术第一方面提供了一种有机硅改性羟基聚丙烯酸酯分散体的制备方法。
[0010]一种有机硅改性羟基聚丙烯酸酯分散体的制备方法，包括以下步骤：
[0011]S1.将丙烯酸单体、丙烯酸酯单体、乙烯基单体、丙烯酸酯衍生物单体、有机硅单体和引发剂，混合，形成混合液A；
[0012]S2.取活性稀释剂，加热后滴加步骤S1制备的混合液A，保温；然后降温，再加入异氰酸酯桥接剂，反应，控制
‑
NCO的质量含量，得预聚物；
[0013]S3.向步骤S2制备的预聚物中加入中和剂，再加水分散，过滤得滤液，即制得所述有机硅改性羟基聚丙烯酸酯分散体；
[0014]所述丙烯酸酯衍生物单体为羟基丙烯酸酯单体；
[0015]所述有机硅单体为含双键不含环氧基的有机硅单体。
[0016]优选的，在步骤S1中，所述丙烯酸单体为丙烯酸(AA)和/或甲基丙烯酸(MAA)。
[0017]优选的，在步骤S1中，所述丙烯酸酯单体选自甲基丙烯酸甲酯(MMA)、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丙酯或丙烯酸丁酯(BA)中的至少一种。
[0018]优选的，在步骤S1中，所述乙烯基单体为苯乙烯(St)。
[0019]优选的，在步骤S1中，所述羟基丙烯酸酯单体选自丙烯酸羟乙酯(HEA)、丙烯酸羟丙酯(HPA)、甲基丙烯酸羟乙酯(HEMA)或甲基丙烯酸羟丙酯(HPMA)中的至少一种。
[0020]优选的，在步骤S1中，所述有机硅单体选自乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三(2
‑
甲氧基乙氧基)硅烷、乙烯基甲基二甲氧基硅烷或γ
‑
甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧硅烷中的至少一种。
[0021]优选的，在步骤S1中，所述引发剂为二叔戊基过氧化氢(DTAP)和/或二叔丁基过氧化氢(DTBP)。
[0022]优选的，在步骤S2中，所述活性稀释剂为含一个环氧基且不含双键的单体。采用不含双键的活性稀释剂保证了活性稀释剂自身在140
‑
150℃下不发生反应；含一个环氧基的活性稀释剂能够逐渐与羟基聚丙烯酸酯聚合物主链上的羧基反应，最终实现无溶剂聚合。采用含一个环氧基且不含双键的单体作为活性稀释剂，能够保证在无溶剂情况下聚本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种有机硅改性羟基聚丙烯酸酯分散体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1.将丙烯酸单体、丙烯酸酯单体、乙烯基单体、丙烯酸酯衍生物单体、有机硅单体和引发剂，混合，形成混合液A；S2.取活性稀释剂，加热后滴加步骤S1制备的混合液A，保温；然后降温，再加入异氰酸酯桥接剂，控制
‑
NCO的质量含量，反应得预聚物；S3.向步骤S2制备的预聚物中加入中和剂，再加水分散，过滤得滤液，即制得所述有机硅改性羟基聚丙烯酸酯分散体；所述丙烯酸酯衍生物单体为羟基丙烯酸酯单体；所述有机硅单体为含双键不含环氧基的有机硅单体。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤S1中，所述有机硅单体选自乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三(2
‑
甲氧基乙氧基)硅烷、乙烯基甲基二甲氧基硅烷或γ
‑
甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧硅烷中的至少一种。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤S2中，所述活性稀释剂为含一个环氧基且不含双键的单体；优选的，所述活性稀释剂选自叔碳酸缩水甘油酯、4
‑
叔丁基苯甲酸缩水甘油酯或对甲苯磺酸缩水甘油酯中的至少一种。4.根据权利要求1或3所述的制备方法，其特征在于，在步骤S2中，所述异氰酸酯桥接剂为含两个以上
‑
NCO基团的异氰酸酯。5.根据权利要求1或3所述的制备方法，其特征在于，在步骤S2中，所述预聚物中
‑
NCO的含量为1.3％
‑
2.2％，所述预聚物在75
‑
85℃下粘度为4000
‑
5500mPa
·
s。6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤S3中，所述加水的步骤为分两步加入。7...

【专利技术属性】
技术研发人员：段晓俊，彭刚阳，罗建华，朱延安，
申请(专利权)人：嘉宝莉化工集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：