[發明專利]一種室溫自交聯型側鏈含氟烷基的水性聚氨酯-聚丙烯酸酯及其制備方法

無效

• 申請號: 201010115802.9
• 申請日: 2010-03-02
• 公開（公告）號: CN101792592A
• 公開（公告）日: 2010-08-04
• 發明（設計）人: 張英強;賈潤萍;黃茂松;徐家躍
• 申請（專利權）人: 上海應用技術學院
• 主分類號: C08L75/08
• 分類號: C08L75/08;C08L33/12;C08L33/10;C08J5/18;C08J3/24;C08G18/66;C08G18/50;C08F220/14;C08F220/58;C08F220/18;C09D175/08
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司 31001
• 代理人: 吳寶根

技術領域

本發明屬于高分子材料技術領域，具體涉及一種室溫自交聯型側鏈含氟烷基的水性聚氨酯-聚丙烯酸酯(SC-FPUA)及其制備方法。

背景技術

一般的水性聚氨酯樹脂與溶劑型的相比，存在成膜時間長、光澤低、耐水、溶劑和化學腐蝕品性能差以及硬度低等缺點。為克服其應用缺陷，需要對其改性，主要途徑是通過形成穩定的交聯結構、與丙烯酸酯樹脂聚合來實現其親水改性。水性化的聚氨酯-聚丙烯酸酯(PUA)樹脂因其分子結構中同時含有氨基甲酸酯和丙烯酸酯，其固化成膜物兼具聚氨酯的高耐擦傷性、耐磨性、柔韌性、高撕裂強度、高拉伸強度、高抗沖強度和低溫性能等以及聚丙烯酸酯而賦予的卓越光學性能、附著力和耐候性。

本課題組的前期研究結果表明[見中國發明專利“側鏈含氟烷基的水性聚氨酯-聚丙烯酸酯及其制備方法”，專利號：201010108129.6]，水性含氟聚氨酯經丙烯酸酯復合后，即水性含氟聚氨酯-聚丙烯酸酯(FPUA)乳液，其固化物不僅保留了其固有的優異性能，還因C-F鍵的存在而具有更加卓越的低表面能、耐紫外線和核輻射性和超長耐候性等。有望廣泛應用于海洋、航空航天、海岸工程結構、城市基礎設施建設、石油化工、能源、海洋設施、交通、塑料、橡膠、皮革、織物、陶瓷、玻璃、食品和醫藥等領域。通常情況下，水性含氟聚氨酯-聚丙烯酸酯可于室溫下固化成膜(～7天)，氣候、空氣濕度等環境因素極大程度影響涂膜的質量，使得涂膜性能不穩定。這顯然不利于其大面積施工。

基于以上背景，迫切需要發展一種適于工業化的、可于室溫下快速自交聯的、側鏈含氟烷基的水性聚氨酯-聚丙烯酸酯樹脂乳液及其制備方法，其固化物具有優良力學性能、耐化學品腐蝕性能和低表面能等。

發明內容

本發明所要解決的問題是提供一種能規模化生產、高性能的、室溫自交聯型側鏈含氟烷基的水性聚氨酯-聚丙烯酸酯及其制備方法。

本發明的技術原理

在FPUA結構中引入穩定的自交聯型結構，即形成自交聯的FPUA乳液(SC-FPUA)，其固化物將具有更加優異的耐水、耐酸堿、抗污染和優良的機械性能。自交聯結構于室溫下快速形成，不僅方便施工，還縮短了施工周期，降低了成本，極大拓寬其應用范圍。

本發明采用的技術方案

一種室溫自交聯型側鏈含氟烷基的水性聚氨酯-聚丙烯酸酯的制備方法

一種室溫自交聯型側鏈含氟烷基的水性聚氨酯-聚丙烯酸酯的制備方法，包括以下步驟：

(1)、含-NCO端基含氟聚氨酯(FPU)預聚體的制備

將0.2mol的含氟聚醚多元醇樹脂于110～120℃、真空度0.08MPa下脫水處理1.0～2.0h，再加入0.22～0.30mol的多異氰酸酯，并通入氮氣保護，于60～80℃下攪拌反應1～3h，得到含-NCO端基FPU預聚體，其反應過程如下所示：

a?OCN-R₁-NCO+bHO-R₂-OH→OCN-S-NCO

S表示

其中a為3～10，b為1～2；

其中R₁為二異氰酸酯，即為4，4′-二苯基甲烷二異氰酸酯(MDI)、2，4-或2，6-甲苯二異氰酸酯(TDI)、1，4-苯撐二異氰酸酯、1，5-萘二異氰酸酯、苯二甲基二異氰酸酯(XDI)、四甲基苯二亞甲基二異氰酸酯(TMXDI)、1，6-己二異氰酸酯(HDI)、異佛爾酮二異氰酸酯(IPDI)或4，4′-二環己基甲烷二異氰酸酯(HMDI)去掉兩端異氰酸酯基團所剩結構；

其中R₂如下：

R₂為

上述結構式中m為0～1，n為0～3；w為0～1，t為0～3；s為1～100，x為1～100，z為1～100，y為1～100；R′代表烴基；RF代表碳原子為1～20的氟烷基；

步驟(1)所述多異氰酸酯為4，4′-二苯基甲烷二異氰酸酯(MDI)、2，4-或2，6-甲苯二異氰酸酯(TDI)、1，4-苯撐二異氰酸酯、1，5-萘二異氰酸酯、苯二甲基二異氰酸酯(XDI)、四甲基苯二亞甲基二異氰酸酯(TMXDI)、1，6-己二異氰酸酯(HDI)、異佛爾酮二異氰酸酯(IPDI)或4，4′-二環己基甲烷二異氰酸酯(HMDI)中的一種；

步驟(1)所述的含氟聚醚多元醇樹脂為分子量1000～10000g/mol中的一種；

(2)、含羧基的親水型FPU預聚體的制備