[發明專利]一種陽離子-非離子型水性聚氨酯-聚丙烯酸酯復合乳液及其制備方法

有效

• 申請號: 201410220511.4
• 申請日: 2014-05-22
• 公開（公告）號: CN104004142A
• 公開（公告）日: 2014-08-27
• 發明（設計）人: 宋金星;樂翔;施洪坤;于本成;陳八斤;陳翔
• 申請（專利權）人: 浙江傳化股份有限公司
• 主分類號: C08F283/00
• 分類號: C08F283/00;C08F2/28;C08F2/30;C08G18/67;C08G18/66;C08G18/12;C08G18/08;C09D151/08;D06M15/263
• 代理公司: 浙江翔隆專利事務所(普通合伙) 33206
• 代理人: 張建青

技術領域

本發明涉及涂料領域，具體地說是一種陽離子-非離子型水性聚氨酯-聚丙烯酸酯復合乳液及其制備方法。

背景技術

聚氨酯(PU)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，在膠粘劑、涂料等領域，得到了廣泛的應用。但是，聚氨酯樹脂涂膜耐水性不好，機械強度不及聚丙烯酸酯(PA):聚丙烯酸酯具有機械強度高、耐老化、耐光不變黃、耐水性好等優點，但又存在著耐有機溶劑性較差、高溫易發粘、低溫易發脆等缺點。由此可見，聚氨酯和聚丙烯酸酯在性質上具有一定的互補作用，若將兩者復合，必能克服各自的缺點，發揮各自的優勢，使涂膜的性能得到明顯改善。

然而，最初的PUA涂料多是以溶劑為分散介質的。隨著各國環保法規的確立和環保意識的增強，傳統溶劑型涂料中的揮發性有機化合物(VOC)的排放愈來愈受到限制。因此，開發低污染環保型的水性涂料、粉末涂料、高固體份涂料、無溶劑涂料和光固化涂料已成為涂料發展的主要方向。其中，PUA復合水分散體是以聚氨酯樹脂和聚丙烯酸樹脂為基料并以水為介質的一類乳液，具有不燃、無毒、不污染環境、節省有機溶劑等優點，因此被譽為第三代水性PU。

目前，制備PUA復合水分散體的方法有以下幾種:⑴乳液共混法:首先分別制備PU乳液和PA乳液，然后將兩乳液混合、交聯；⑵種子聚合法:先制備含親水基團的PU分子，將其分散于水中作為種子，然后讓丙烯酸酯類單體在其水乳液中聚合成較穩定的具有核-殼結構的復混乳液；(3)互穿網絡法；(4)乳液共聚法:先制備帶端雙鍵的聚氨酯乳液，然后將此乳液與丙烯酸酯類單體進行乳液共聚，形成PUA共聚乳液。這四種方法中，第一種方法的步驟較多，工藝復雜，產品質量不夠穩定；第二種方法制得的乳液顆粒雖然結構特殊，但除少部分PU膠粒上交聯結合有PA分子鏈外，大部分仍以單純的PU和PA存在，其綜合性能尚不能充分發揮出PU樹脂和PA樹脂各自的特點；第三種方法制得的乳液能使PU和PA鏈達到分子尺度上的共混，雖然復合乳液的性能有所改進，但乳液的粒徑較大；第四種方法制得的乳液是通過化學鍵的作用將PU和PA連在一起，其復合程度更高，乳液性能更好，但目前采用該方法制備的乳液仍然存在乳液粒徑較大的缺陷，其粒徑一般都在微米范圍內，尚未達到復合納米水分散體的水平。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是克服上述現有制備方法存在的缺點，提供一種陽離子-非離子型水性聚氨酯-聚丙烯酸酯復合乳液，其可將上述的第二種、第三種和第四種聚合方法的優點結合起來，制備出既有明顯核-殼的特征，又具有分子水平上達到“強迫互溶”和“分子協同”的共聚乳液，而不是簡單物理共混。

為實現發明目的，本發明采用如下的技術方案：一種陽離子-非離子型水性聚氨酯-聚丙烯酸酯復合乳液，其采用如下的方法制備而成：首先，在丁酮中用多異氰酸酯、多元醇和陽離子擴鏈劑合成出端NCO的預聚體，將溶解于丁酮中的端羥基丙烯酸酯和封閉劑接入到端NCO的預聚體中，加入醋酸進行季銨化，再加入去離子水乳化分散后蒸餾除去丁酮，得到化學鍵結合的自乳化PU種子乳液；其次，在所述的自乳化PU種子乳液中加入不飽和疏水單體和分子量調節劑，并適量添加乳化劑，進行預乳化得到穩定的預乳液，最后加入引發劑引發聚合，制得穩定的陽離子-非離子型水性聚氨酯-聚丙烯酸酯復合乳液；

所述的多異氰酸酯單體為芳香族二異氰酸酯或/和脂肪族二異氰酸酯；

所述的多元醇為大分子多元醇或/和小分子多元醇，所述的大分子多元醇為聚醚多元醇或/和聚酯多元醇；

所述的不飽和疏水單體為不飽和長鏈疏水化合物；所述的分子量調節劑為硫醇類化合物；

所述的乳化劑為季銨鹽類陽離子表面活性劑、脂肪醇聚氧乙烯醚系列非離子表面活性劑、多元醇系列非離子表面活性劑中的一種或任意組合；

所述的引發劑為水溶性過硫酸鹽、油溶性偶氮類化合物、油溶性有機過氧化物、偶氮類水溶性化合物中的一種或任意組合；

制成自乳化PU種子乳液的原料用量按質量百分比計如下:多異氰酸酯8-12％，多元醇8-15％,陽離子擴鏈劑1-3％，端羥基丙烯酸酯0.8-1.5％，醋酸0.5-1％，丁酮10-15％，去離子水62-68％，封閉劑0.6-1.2％；將上述蒸出丁酮的PU種子乳液的用量視為100份，以此為基準，其他原料的用量如下：不飽和疏水單體10-20份，分子量調節劑0.1-0.4份，乳化劑1-3份、引發劑0.3-0.6份。