一种聚酯丙烯酸酯杂化水分散体的制备方法，属于化工涂料领域，包括羟基丙烯酸酯树脂的合成、中间体的制备、聚酯丙烯酸酯树脂的制备、去离子水分散四个步骤；本发明专利技术有效地结合了聚酯和丙烯酸树脂各自的优点，所制得的稳定分散体可作为双组分聚氨酯涂料的羟基树脂组分和亲水性多异氰酸酯配制高性能水性双组分聚氨酯涂料，涂膜性能优异；此外这种分散体制备时无需用胺做中和剂，避免了胺带来的气味，简化了工艺；分散体中仅采用少量助溶剂，涂料中有机溶剂的含量低。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于化工涂料领域，尤其涉及一种用于高性能双组份水性聚氨酯涂料的新 型。
技术介绍
近年来，由于环境保护法规的要求以及节能减排的需要，用水性涂料技术来替代 溶剂型涂料已经成为涂料的发展趋势。多元醇树脂作为双组分聚氨酯涂料的重要组成部 分，其关系到聚氨酯涂料的水性化，因为受到人们的广泛关注和研究。双组分水性聚氨酯涂料中常用到的多元醇有聚丙烯酸酯多元醇、聚酯多元醇、 聚醚多元醇、聚碳酸酯多元醇等。其中具有光泽度高、柔韧性佳、耐候性好特点的聚丙烯 酸酯多元醇和着色性能好、丰满度高、粘度低特点的聚酯多元醇在双组分聚氨酯涂料中 占有重要地位。目前，人们对由单一的聚酯或是丙烯酸酯水分散体研究比较多，如专利 CN101161701A中将多元酸与多元醇混合均勻进行熔融缩聚反应，在反应后期引入亲水基 团到聚酯分子链上，然后通过中和成盐的方法制备了一种低酸值，高分子量的可作为汽车 中涂漆的聚酯水分散体。这种涂料具有良好的耐水和耐溶剂性能，抗石击能力强，但是涂 膜的光泽度和丰满度不高。专利CN200710028975. 5采用(甲基)丙烯酸酯单体及叔碳酸 缩水甘油酯制备了水分散型丙烯酸酯的汽车罩光面漆，这种涂料具有高硬度和高的抗冲击 性，但是涂料的有机溶剂含量高，涂膜的耐水性差。实现聚酯和丙烯酸酯树脂的有效结合 可以使涂层兼有两种树脂的优点。一方面，聚酯赋予涂料较好金属底材附着力和较好的 耐冲击性能；另一方面，热固性丙烯酸酯能赋予涂料良好的耐水性和户外耐久性。如专利 CN101429319采用水性丙烯酸酯树脂和水性饱和聚酯树脂物理共混实现水性丙烯酸酯改性 饱和聚酯，制备了水性烘烤铝粉漆，这种涂料具有较高的硬度和光泽，但是涂膜的耐化学品 性欠佳。专利CN1781959先合成低分子量的聚酯预聚物，然后将该预聚物参与到丙烯酸树 脂的合成过程中，最后加入胺中和制得聚酯-聚丙烯酸酯分散体。这种涂料避免了乳化剂 的使用，具有好的机械性能和光学性能，但是树脂的酸值较高，采用了胺中和，涂膜的耐水 性不好。专利美国专利US6576717B1采用丙烯酸酯单体接枝含磺酸钠基团不饱和聚酯树脂 实现聚酯丙烯酸酯杂化水分散体的制备，这种方法虽然避免了胺的使用，减少了对环境的 污染，但是丙烯酸酯单体接枝不饱和聚酯树脂是一个复杂的过程，仍然存在着两相分离的 问题，导致最终杂化水分散体的稳定性欠佳。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，针对现有水分散体树脂成分单一、水分散体主要 是通过胺中和反应实现水性化、分散体溶剂含量高、涂料光泽度不高，耐水性差等特点，提 供一种聚酯丙烯酸杂化水分散体的制备方法。这种杂化水分散体一方面将聚酯和丙烯酸 树脂的特点有效地结合起来，使涂膜具有光泽高、硬度大、抗冲击性能强、耐水耐候性佳等 特点，同时涂膜还具有突出的抗刮伤性能；另一方面这种杂化水分散体采用磺酸盐这种特殊结构实现树脂的水性化，避免了采用胺做中和剂的传统制备方法，树脂的酸值低(小于 5mgK0H/g)使制得的杂化水分散体具有较高的稳定性。分散体中仅采用少量助溶剂，涂料中 有机溶剂的含量低，减少了对环境的污染和破坏，从而达到降低溶剂排放和环境友好的目 的。本专利技术的技术方案是，所述包括羟基丙 烯酸酯树脂的合成、中间体的制备、聚酯丙烯酸酯树脂的制备、去离子水分散四个步骤，其 中(1)羟基丙烯酸酯树脂的合成在反应器中加入占溶剂总用量95%的溶剂，导入氮气升温至回流温度；然后滴加由非官能性(甲基)丙烯酸酯、含羟基的(甲基)丙烯酸 酯、占引发剂总用量90%的引发剂组成的混合溶液，在2小时 3小时以内滴加完毕；然后 再补加剩余引发剂和溶剂，保温1小时 3小时；合成过程中所述各组分的重量份用量为非官能性(甲基)丙烯酸酯30 50份；含羟基的(甲基)丙烯酸酯30 50份；引发剂2 5份；溶剂30 50份；所述非官能性(甲基)丙烯酸酯选自下列单体的两种以上的任意组合(甲基)丙烯酸甲酯，(甲基)丙烯酸乙酯，(甲基)丙烯酸丁酯，(甲基)丙烯酸叔丁酯，(甲基)丙烯酸异冰片酯；所述含羟基的(甲基)丙烯酸酯选自下列单体的一种以上的任意组合甲基丙烯酸羟乙酯，甲基丙烯酸羟丙酯，丙烯酸羟丙酯；(2)中间体的制备带有分水器的四口烧瓶中加入多元醇、含特殊官能团的磺酸 盐、去离子水、催化剂，导入氮气并逐步升温至88°C 92°C ；待温度稳定后，控制升温速率为 IO0C /lOmin，继续升温至155°C 165°C，待分水器中的水量基本不变时，控制升温速率为 IO0C /30min进一步升温至190°C 210°C，继续反应直至最终产物酸值彡5mgK0H/g(即每 克最终产物酸值< 5mgK0H)为止；合成过程中所述各组分的重量份用量为多元醇40 70份；含特殊官能团的磺酸盐30 60份；催化剂0. 05 0. 20份；去离子水适量；所述催化剂选自单丁基氧化锡、二丁基氧化锡、二丁基氧化锡氯化物、二丁基二月 硅酸锡、二丁基二乙酸锡或单丁基三氯化锡中的一种；(3)聚酯丙烯酸酯树脂的制备在装有分水器装置的反应釜中加入占羟基丙烯酸 酯树脂总量30 50%的羟基丙烯酸酯树脂、多元醇、多元酸、中间体，边通氮气边升温至 160°C 180°C，保温0. 5小时 2小时后升至200°C 230°C，继续保温1小时 4小时；然 后降温至120°C 160°C，加入剩余的羟基丙烯酸酯树脂，升温至200°C 230°C再继续反应 1小时 3小时，直至聚酯丙烯酸酯树脂的酸值< 15mgK0H/g(即每克聚酯丙烯酸酯树脂的酸值彡15mgK0H)；合成过程中所述各组分的重量份用量为羟基丙烯酸酯树脂30 50份；多元醇10 30份；多元酸20 40份；中间体10 20份；(4)去离子水分散将上述聚酯丙烯酸酯树脂降温到70°C，然后边缓慢滴加去离 子水，并在高速乳化分散机中以IOOOrpm 3000rpm的转速进行分散，最终分散体产品的固 体分控制在35wt% 45wt%，即得产品。按本专利技术制备方法得到的聚酯丙烯酸酯杂化水分散体，酸值范围为5 IOmgKOH/ g、羟值范围为50 150mgK0H/g、平均粒径范围为40 100nm、50°C条件下储存稳定，30天 无分层、沉降变化。本专利技术制得的聚酯丙烯酸酯杂化分散体与现有技术中同类聚酯丙烯酸酯水分散 体相比，具有以下优点①本专利技术制得的聚酯丙烯酸酯水分散体实现了丙烯酸酯对聚酯树脂的化学改性， 制备的聚酯丙烯酸酯杂化水分散体稳定性高，离心加速实验结果表明5000rpm的离心分离 机半个小时无法使之分层，50°C条件下储存30天以上无任何分层、沉降变化，粒径没有变 化，黏度无明显变化。②本专利技术制得的聚酯丙烯酸酯水分散体采用磺酸钠盐基团实现树脂的水性化，无 需胺中和可直接在水中分散制得水分散体涂料，分散工艺简单环保。③本专利技术制得的聚酯丙烯酸酯水分散体总挥发性有机溶剂含量VOC低；④本专利技术制得的聚酯丙烯酸酯水分散体，粘度低，平均粒径小，为40 lOOnm，粒 径分布窄，有利于提高涂料的施工性能及涂膜的综合性能。⑤本专利技术制得的聚酯丙烯酸酯杂化分散体和亲水性异氰酸酯固化剂具有良好的 相容性，活化期较长；制备的涂膜具有表干时间小于60分钟；涂膜光泽度高，60°光泽大于本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种聚酯丙烯酸酯杂化水分散体的制备方法，其特征是，它包括羟基丙烯酸酯树脂的合成、中间体的制备、聚酯丙烯酸酯树脂的制备、去离子水分散四个步骤，其中： （１）羟基丙烯酸酯树脂的合成：在反应器中加入占溶剂总用量９５％的溶剂，导入氮气升温至回流温度；然后滴加由非官能性（甲基）丙烯酸酯、含羟基的（甲基）丙烯酸酯、占引发剂总用量９０％的引发剂组成的混合溶液，在２小时～３小时以内滴加完毕；然后再补加剩余引发剂和溶剂，保温１小时～３小时； 合成过程中所述各组分的重量份用量为： 非官能性（甲基）丙烯酸酯 ３０～５０份； 含羟基的（甲基）丙烯酸酯 ３０～５０份； 引发剂 ２～５份；溶剂 ３０～５０份； 所述非功能性（甲基）丙烯酸酯选自下列单体的两种以上的任意组合： （甲基）丙烯酸甲酯，（甲基）丙烯酸乙酯， （甲基）丙烯酸丁酯，（甲基）丙烯酸叔丁酯， （甲基）丙烯酸异冰片酯； 所述含羟基的（甲基）丙烯酸酯选自下列单体的一种以上的任意组合：甲基丙烯酸羟乙酯， 甲基丙烯酸羟丙酯，丙烯酸羟丙酯； （２）中间体的制备：带有分水器的四口烧瓶中加入多元醇、含特殊官能团的磺酸盐、去离子水、催化剂，导入氮气并逐步升温至８８℃～９２℃；待温度稳定后，控制升温速率为１０℃／１０ｍｉｎ，继续升温至１５５℃～１６５℃，待分水器中的水量基本不变时，控制升温速率为１０℃／３０ｍｉｎ进一步升温至１９０℃～２１０℃，继续反应直至最终产物酸值≤５ｍｇＫＯＨ／ｇ（即每克最终产物酸值≤５ｍｇＫＯＨ）为止； 合成过程中所述各组分的重量份用量为： 多元醇 ４０～７０份； 含特殊官能团的磺酸盐 ３０～６０份； 催化剂 ０．０５～０．２０份； 去离子水 适量； 所述催化剂选自单丁基氧化锡、二丁基氧化锡、二丁基氧化锡氯化物、二丁基二月硅酸锡、二丁基二乙酸锡或单丁基三氯化锡中的一种； （３）聚酯丙烯酸酯树脂的制备：在装有分水器装置的反应釜中加入占羟基丙烯酸酯树脂总量３０～５０％的羟基丙烯酸酯树脂、多元醇、多元酸、中间体，边通氮气边升温至１６０℃～１８０℃，保温０．５小时～２小时后升至２００℃～２３０℃，继续保温１小时～４小时；然后降温至１２０℃～１６０℃，加入剩余的羟基丙烯酸酯树脂，升温至２００℃～２３０℃再继续反应１小时～３小时，直至聚酯丙烯酸酯树脂的酸值≤１５ｍｇＫＯＨ／ｇ（即每克聚酯丙烯酸酯树脂的酸值≤１５ｍｇＫＯＨ）； 合成过程中所述...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：刘娅莉，余喜红，任娜娜，谭雅婷，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：43[中国|湖南]
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