本发明专利技术公开了种子乳液聚合法制备水性聚氨酯-丙烯酸酯乳液。将聚合物多元醇或二元醇预先真空脱水处理，加入小分子扩链剂A后，加入二异氰酸酯保温反应；加入亲水扩链剂和助溶剂反应；加入功能单体A和催化剂反应；降温后，加降粘剂和中和剂反应，在高速搅拌下加去离子水分散成乳液后，缓慢加入小分子扩链剂B和去离子水混合物熟化，得端乙烯基网状聚氨酯乳液；将阴离子型乳化剂、非离子型乳化剂、引发剂和去离子水混合搅拌，加入丙烯酸酯混合单体快速制乳，然后通入氮气，加还原剂，引发聚合至乳液出现蓝色荧光时，再加端乙烯基网状聚氨酯乳液，保温即可制得核壳型聚氨酯-丙烯酸酯乳液。本发明专利技术乳液具有良好的耐水性、耐摩擦性，并符合环保要求。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种水性聚氨酯-丙烯酸酯乳液的生产方法，具体的说是一种种子乳 液聚合法制备水性聚氨酯-丙烯酸酯乳液。
技术介绍
随着全球经济的迅猛发展，人民生活水平的不断提高，人们的环保健康意识在不 断增强。水性油墨因为具有环保的优良性能，市场潜力巨大，受到越来越多的关注。目前水 性油墨以其独特的环保优势已成为印刷行业最具发展前景的油墨品种。油墨主要由颜料和连结料两部分组成。水性油墨与传统溶剂型油墨组成的区别 主要在于，①溶剂不同传统溶剂型油墨是以有机溶剂作为分散剂，水性油墨则是以水为溶 剂。②连结料不同溶剂型油墨是以油溶性树脂为连结料，树脂在溶剂中溶解并与颜料形成 混合体系；而水性油墨是以水性树脂为连结料，水性树脂与水形成一种具有乳化或胶体悬 浮作用的物质，使颜料及其他成分悬浮其中以达到印刷传递的作用。水性油墨与其他印刷 油墨相比，由于其不含挥发性有毒有机溶剂，故在印刷过程中对印刷机操作人员的健康无 不良影响，对大气环境无污染，对印刷品本身也无污染，被称为绿色印刷油墨。国内外对水 性油墨技术已进行了大量的研究工作，主要分为以下4个阶段①研究早期是以水溶性染 料制成水墨，该水墨具有迁移性，限制了其应用范围；②为了改进水墨的迁移性，加入了胶 质材料，如淀粉、鱼胶、藻阮酸钠、木质素钠和阿拉伯树胶等作为水墨的连结料；③20世纪 50年代初，出现以马来酸改性松香，即以马来酸树脂为主料，配以酪素、虫胶为连结料制备 水性油墨，印刷适性改善，水性油墨应用领域扩大到牛皮纸、瓦楞纸板的柔版印刷，但印刷 适性、耐水性、墨膜耐摩擦性仍然不理想；④以水溶性丙烯酸树脂为主料的各种水溶性共聚 物的研究有了很大的进展，这给环保水性墨的研发奠定了基础和条件，使水性油墨研究得 到了飞速发展。近年来，随着树脂改性技术的发展，涂料、油墨类新产品的结构也发生了巨大变 化。发达国家从环保的角度出发，先后开发出诸多种类的水性油墨，并开始用于纸张、塑料 薄膜、包装袋的印刷及特种印刷方面。目前，我国水性油墨的产量较小，主要以低档纸包装 印刷油墨为主。在水性油墨的制备工艺中，聚丙烯酸树脂因具有稳定性高、光泽性好、流变 性能和表面吸附性能好等优点，已广泛用做连结料。但其制备的水性油墨在成膜性、干燥 时间、耐水性、耐摩擦性能等方面还存在欠缺。为提高产品的耐水性及耐摩擦性能，常常将 N-羟甲基丙烯酰胺作为交联单体引入丙烯酸酯中，但产品在成膜过程中会释放甲醛，而对 环境产生不利影响。聚氨酯树脂成膜性好，具有极好的耐磨性、耐擦伤性、耐溶剂性、粘接性 能以及良好的低温性能、高光泽、保光性和广泛的可调性等性能优势，因此可以用网状聚氨 酯和甲基丙烯酸缩水甘油酯代替N-羟甲基丙烯酰胺作为交联单体去改性丙烯酸酯，而获 得一种耐水性、耐摩擦性能优良且环保的新型连结料材料。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种种子乳液聚合法制备水性聚氨酯-丙烯酸酯乳液，以 具有良好的耐水性、耐摩擦性，并符合环保要求。为了达成上述目的，本专利技术的解决方案是种子乳液聚合法制备水性聚氨酯-丙烯酸酯乳液，按下列步骤制备而成 第一步、端乙烯基网状聚氨酯乳液的制备将聚合物多元醇或二元醇在90-120°C预先 真空脱水处理30min (使其含水率低于0. 03%)，加入小分子扩链剂A 5-10分钟(min)后，加 入二异氰酸酯，温度65-85°C条件下，保温反应2-3. 5小时(h)；加入亲水扩链剂和助溶剂， 60-80°C条件下反应1. 5-3h ；加入功能单体A和催化剂，65-75°C条件下反应1_浊；降温至 40°C后，加降粘剂和中和剂反应2-5min，在高速(3000-4000r/min)搅拌下加去离子水分散 成乳液，10-15min后缓慢加入小分子扩链剂B和去离子水混合物，40-60°C熟化l_2h，即可 制得端乙烯基网状聚氨酯乳液；第二步、水性聚氨酯-丙烯酸酯乳液的制备将阴离子型乳化剂、非离子型乳化剂、引 发剂和去离子水混合搅拌10-20min，加入丙烯酸酯混合单体快速搅拌(3000-4000r/min) 制乳20-30min ；然后通入氮气，在氮气保护下，加入还原剂，在温度为70-90°C引发聚合，至 乳液出现蓝色荧光时，再用恒压漏斗缓慢滴加端乙烯基网状聚氨酯乳液，75-90°C保温2- 即可制得核壳型聚氨酯-丙烯酸酯乳液；所述的丙烯酸酯混合单体为软单体、硬单体和功 能单体B的混合。所述种子乳液聚合法制备水性聚氨酯-丙烯酸酯乳液，第一步所述的各组分的重 量配比为聚合物多元醇或二元醇100-150份；二异氰酸酯35-65份；催化剂0. 1-0. 2份； 亲水扩链剂6-12份；小分子扩链剂A 3-6份；功能单体A 5-15份；中和剂4. 5_9份；助溶剂 5-10份；降粘剂25-40份；去离子水330-400份；小分子扩链剂B 2-4份；第二步所述的各 组分的重量配比为阴离子乳化剂1-3份；非离子乳化剂2-4份；引发剂0. 5-1. 5份；还原 剂0. 4-1. 0份；去离子水100-250份；软单体40-90份，硬单体10-20份，功能单体B 6-15 份；端乙烯网状聚氨酯60-150份。所述聚合物多元醇或二元醇为聚氧化乙烯二元醇或己二酸己二醇聚酯多元醇或 聚己内酯二元醇或聚四氢呋喃醚二元醇，数均分子量为400-8000，优选1000-4000。所述二异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯、1，6_六亚甲基二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰 酸酯、环己烷二异氰酸酯和二苯基甲烷二异氰酸酯的一种或几种。所述催化剂为有机叔胺类或有机金属化合物类，优选二月桂酸二丁基锡。 所述亲水扩链剂为含有COO—、SO3-或-(CH2CH2O) _的一种或两种或两种以上的羟烷 基化合物混合所组成的族群。所述小分子扩链剂A为新戊二醇、三羟甲基丙烷和乙二醇中的一种或几种；所述 小分子扩链剂B为水合胼和二乙烯三胺中的一种或几种。所述功能单体A为丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙酯、甲基丙烯酸羟乙酯或甲基丙烯 酸羟丙酯。所述助溶剂为N-甲基吡珞烷酮或N，N-二甲基甲酰胺；所述中和剂为三乙胺或甲 基乙醇胺或甲基二乙醇胺或甲基二乙基胺，优选三乙胺；所述降粘剂为丙烯酸酯丁酯，相比 其他酮类降粘剂，一方面可以降低VOC含量排放，另一方面在聚氨酯-丙烯酸酯乳液聚合5中，降粘剂丙烯酸丁酯可以作为反应性单体参与乳液聚合。所述阴离子乳化剂为十二烷基硫酸钠；所述非离子乳化剂为平平加；所述软单体 为丙烯酸丁酯和丙烯酸乙酯的一种或几种；所述硬单体为甲基丙烯酸甲酯和丙烯腈的一种 或几种；所述的功能单体B为丙烯酸、丙烯酸羟乙酯和甲基丙烯酸缩水甘油酯中的一种或 几种；所述引发剂为过硫酸钾；所述还原剂为亚硫酸氢钠。采用上述方案后，本专利技术的聚氨酯-丙烯酸酯乳液制备中，端乙烯基网状聚氨酯 因为尾端含双键，且含有羧酸盐亲水基团，可以作为反应性乳化剂，增强乳液的分散稳定性 能，同时降低VOC的排放，更符合环保要求；所制备的端乙烯基网状聚氨酯因为引入小分 子扩链剂而成网状结构，在改性丙烯酸酯后，可以增大交联度，赋予产品优良的耐水及力学 性能；以丙烯酸酯混合单体作为种子乳液，引发聚合反应后，再滴加端乙烯基支链分子结构 的聚氨酯乳液。这种加料方式，一方面可以减小聚氨酯乳液中少量助溶剂对丙本文档来自技高网...
【技术保护点】
种子乳液聚合法制备水性聚氨酯－丙烯酸酯乳液，其特征在于按下列步骤制备而成： 第一步、端乙烯基网状聚氨酯乳液的制备：将聚合物多元醇或二元醇预先真空脱水处理，加入小分子扩链剂Ａ ５－１０ ｍｉｎ后，加入二异氰酸酯，温度６５－８５℃条件下，保温反应２－３．５ ｈ；加入亲水扩链剂和助溶剂，６０－８０℃条件下反应１．５－３ｈ；加入功能单体Ａ和催化剂，６５－７５℃条件下反应１－２ｈ；降温至４０℃后，加降粘剂和中和剂反应２－５ｍｉｎ，在搅拌下加去离子水分散成乳液，１０－１５ｍｉｎ后缓慢加入小分子扩链剂Ｂ和去离子水混合物，４０－６０℃熟化１－２ｈ，即可制得端乙烯基网状聚氨酯乳液； 第二步、水性聚氨酯－丙烯酸酯乳液的制备：将阴离子型乳化剂、非离子型乳化剂、引发剂和去离子水混合搅拌１０－２０ｍｉｎ，加入丙烯酸酯混合单体制乳２０－３０ｍｉｎ；然后通入氮气，在氮气保护下，加入还原剂，在温度为７０－９０℃引发聚合，至乳液出现蓝色荧光时，再用恒压漏斗缓慢滴加端乙烯基网状聚氨酯乳液，７５－９０℃保温２－３ｈ即可制得聚氨酯－丙烯酸酯乳液；所述的丙烯酸酯混合单体为软单体、硬单体和功能单体Ｂ的混合。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：吕建平，刘润林，李彬，段启勇，孙学武，
申请(专利权)人：东莞市英科水墨有限公司，合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：44
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