[發明專利]一種水性聚氨酯－聚丙烯酸酯乳液及其制備方法

有效

• 申請號: 200710044410.6
• 申請日: 2007-07-31
• 公開（公告）號: CN101357978A
• 公開（公告）日: 2009-02-04
• 發明（設計）人: 祝陽;呂滿庚;常東亮
• 申請（專利權）人: 中科院嘉興中心應用化學分中心
• 主分類號: C08G18/63
• 分類號: C08G18/63;C08G18/67
• 代理公司: 上海開祺知識產權代理有限公司
• 代理人: 汪克臻;楊潤周

技術領域

本發明涉及一種水性聚氨酯-聚丙烯酸酯乳液及其制備方法。

背景技術

隨著各國更嚴格環保法規的出臺和環保意識的增強，傳統溶劑型涂料的揮發性有機化合物(VOC)含量受到了嚴格控制，促進了環保型水性涂料的快速發展。聚氨酯(PU)乳液和聚丙烯酸酯乳液已經廣泛用于涂料、膠粘劑等領域。聚氨酯由于具有良好的物理機械性能，優異的耐寒性，彈性，高光澤以及耐有機溶劑性好等優點，但是聚氨酯樹脂涂膜耐水性不好，機械強度不及丙烯酸樹脂(PA)；丙烯酸樹脂具有機械強度高，耐老化，耐光不變黃，耐水性好等優點，但又存在著耐溶劑性差，高溫易發粘，低溫易脆等特點。由此可見，聚氨酯和聚丙烯酸酯在物理化學性質上具有一定的互補作用，將兩者復合起來，就能克服各自的缺點，發揮各自優勢，使涂膜性能得到明顯改善。

目前，制備水性聚氨酯-聚丙烯酸酯乳液的方法主要有以下幾種：(1)乳液共混法，該法步驟較多，工藝復雜，產品質量不夠穩定；(2)種子乳液法：先制備含親水基團的PU分子，將其分散在水中作為種子，然后讓丙烯酸酯單體在水乳液中聚合成較穩定的具有核-殼結構的復合乳液。方法制得的乳液顆粒雖然結構中含有PUA復合乳液，但是大部分仍以單純的PA和PU存在，影響了乳液的綜合性能；(3)互穿網絡法，制得的乳液能使PU和PA鏈達到分子水平上的共混，乳液性能得到改善，但是乳液容易產生交聯，粒徑較大。

我們通過實驗表明，在有微量阻聚劑和低溫作用下，反應程度可以通過檢測NCO含量來確定，含活性基團烯類單體中活性基團幾乎100％與二異氰酸酯單體中NCO反應，這樣預聚物分子結構易于控制，同時能保證烯類單體與二異氰酸酯單體不共聚，也不會發生自聚現象，與中國專利CN1438257A和CN1407014A相比，工藝穩定性進一步得到提高。另外，與傳統制備PUA復合乳液合成工藝相比，整個反應過程，沒有使用任何有機溶劑和乳化劑，這樣使得制得的水性PUA復合乳液VOC含量幾乎為零，完全滿足環保的要求，同時降低了工藝成本。

發明內容

本發明的目的在于提供一種水性聚氨酯-聚丙烯酸酯乳液及其制備方法。

本發明采用了乳液共聚法：先制備帶雙鍵的聚氨酯乳液，然后將此乳液與丙烯酸酯類單體進行乳液共聚，得到PUA共聚乳液。該方法是通過化學共價鍵作用將PU和PA聯系起來，其復合程度更高，乳液性能更好。本法首次將含活性基團烯類單體在微量阻聚劑和低溫條件下與過量的多異氰酸酯反應生成部分單封端的乙烯基異氰酸酯，然后與多元醇聚合物反應生成預聚物，加入少量丙烯酸烯類單體作為稀釋劑，加入中和劑，小分子擴鏈劑，反應后分散到去離子水中，加入引發劑和剩余的丙烯酸酯單體，聚合得到穩定的水性聚氨酯-聚丙烯酸酯乳液。該乳液特點是不含有機溶劑、不使用乳化劑，成本低，對環境友好、粒徑小而均勻，乳液涂膜具有優異的力學性能、耐水性、耐溶劑性和高硬度。

本發明工藝特點是將含活性基團烯類單體在控制條件下與過量的多異氰酸酯反應生成部分單封端的乙烯基異氰酸酯，然后與多元醇聚合物反應生成預聚物，加入少量丙烯酸酯單體作為稀釋劑，加入中和劑，小分子擴鏈劑，反應后分散到去離子水中，加入引發劑和剩余的丙烯酸酯單體，聚合得到穩定的水性聚氨酯-聚丙烯酸酯乳液。該乳液特點是不含有機溶劑、對環境友好、粒徑小而均勻，乳液涂膜具有優異的耐水性、耐溶劑性、高硬度和附著力，所需原料及其配比(質量百分數)如下：

二異氰酸酯單體：15-45％；

多元醇聚合物：10-45％；

小分子擴鏈劑：3-8％；

含活性基團烯類單體：1-5％；

丙烯酸酯單體：20-40％；

阻聚劑：0.01-0.03％；

中和劑：用量為單體中羧基用量的70％-150％

引發劑：0.01-0.05％

去離子水：50-75％。

本發明的水性聚氨酯-聚丙烯酸酯乳液制備方法包括以下步驟：

(1)聚氨酯預聚體的制備：含活性基團烯類單體和過量的二異氰酸酯單體，兩者摩爾比為1：1-1：8.5，加入少量的阻聚劑，溫度控制在35-40℃，保溫反應1h左右，分析NCO基團的含量，當NCO％達到3％-8％時，加入多元醇聚合物，小分子擴鏈劑，少量催化劑，升溫到70℃反應3-4h，加入親水擴鏈劑，繼續反應至NCO含量保持不變為止，得到端基含有C＝C雙鍵的聚氨酯預聚物；