[發明專利]一種無溶劑型室溫自交聯水性聚氨酯-丙烯酸酯乳液及其制備方法

有效

• 申請號: 202010181693.4
• 申請日: 2020-03-16
• 公開（公告）號: CN111234124B
• 公開（公告）日: 2020-12-15
• 發明（設計）人: 周峰;張麗慧;馬正峰;王睿
• 申請（專利權）人: 中國科學院蘭州化學物理研究所
• 主分類號: C08F283/00
• 分類號: C08F283/00;C08F220/18;C08F220/14;C08F220/28;C09D151/08
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 趙曉琳

本發明提供了一種無溶劑型室溫自交聯水性聚氨酯?丙烯酸酯乳液及其制備方法，屬于乳液合成技術領域。本發明用丙烯酸酯類單體代替有機溶劑作為稀釋劑，制備得到無溶劑型聚氨酯分子，生產和使用過程中更加環保、安全、節能；本發明以含有親水基團的聚氨酯分子作為乳化劑，形成聚氨酯?丙烯酸酯自乳化體系，無需外加乳化劑，體系更加環保，也有利于耐水性能的提升；本發明制備的乳液能夠在無成膜助劑輔助的條件下低溫成膜，有力保障了使用過程中的低VOC特性；而且乳液的分子鏈中鍵合有具有室溫反應活性的單體，能夠賦予聚合物在常溫下反應的活性，與外交聯劑在成膜過程中發生交聯反應，使乳液在具備低溫成膜特性的同時具有優良的機械性能。

技術領域

本發明涉及乳液合成技術領域，尤其涉及一種無溶劑型室溫自交聯水性聚氨酯-丙烯酸酯乳液及其制備方法。

背景技術

水性聚合物乳液的發展和應用在很大程度上改善了傳統溶劑型樹脂合成和應用過程中對環境、人體造成的傷害，減少了資源的浪費。然而，在水性聚氨酯的傳統合成、貯存、使用等過程中，仍需要添加丙酮、N,N-二甲基甲酰胺、乙酸乙酯等有機溶劑作為合成過程中的稀釋劑；為確保乳液在貯存過程中的穩定性，添加乙二醇、丙二醇等助溶劑提升耐凍融性能；在乳液的實際應用過程中，為了平衡成膜性能、涂膜的機械性能、耐水性能等，通常添加有機成膜助劑；乳液產品大都含有大量的乳化劑，對環境和涂膜性能均造成不利影響。因此，現有乳液產品難以滿足現代市場對于產品綠色、環保特性的高要求。

目前，通常采用乳膠粒子結構設計、自交聯等方式應對上述問題。然而，仍然無法同時解決在乳液生產、運輸、應用、施工、使用全過程中溶劑、乳化劑、防凍劑、成膜助劑等的污染問題，更難以平衡高污染與優良性能之間存在的矛盾。因此，乳液產品在未來的發展中需關注在保障性能的前提下，綜合考慮其從生產到使用全過程中的綠色、環保、節能等特性。

發明內容

本發明的目的在于提供一種無溶劑型室溫自交聯水性聚氨酯-丙烯酸酯乳液及其制備方法，所述方法制備的聚氨酯-丙烯酸酯乳液能夠實現從生產到使用全過程中的綠色、環保、節能等特性。

為了實現上述發明目的，本發明提供以下技術方案：

本發明提供了一種無溶劑型室溫自交聯水性聚氨酯-丙烯酸酯乳液的制備方法，包括以下步驟：

將端羥基低聚物、二異氰酸酯、親水擴鏈劑和催化劑混合，進行預聚反應，得到-NCO基封端的聚氨酯預聚體；

將所述-NCO基封端的聚氨酯預聚體與含有C＝C雙鍵的封端劑混合，進行封端，得到聚氨酯分子；

將所述聚氨酯分子、丙烯酸酯類化合物、中和劑和水混合，進行乳化，得到聚氨酯乳液；

將所述聚氨酯乳液、水溶性引發劑和水混合，進行自由基聚合反應，在反應過程中，向反應體系中加入含乙酰乙酸基團的單體，調節pH至堿性，得到聚氨酯-丙烯酸酯乳液；

將所述聚氨酯-丙烯酸酯乳液與外交聯劑混合，得到室溫自交聯水性聚氨酯-丙烯酸酯乳液。

優選的，所述端羥基低聚物包括端羥基聚酯或端羥基聚醚；

所述二異氰酸酯為異佛爾酮二異氰酸酯、1.6-己二異氰酸酯、甲苯二異氰酸酯、二苯基甲烷-4,4’-二異氰酸酯和4,4-二環己基甲烷二異氰酸酯中的一種或幾種；

所述親水擴鏈劑為二羥甲基丙酸、二羥甲基丁酸和1,2-二羥基-3-丙磺酸鈉中的一種或幾種；

所述催化劑包括有機金屬催化劑，所述有機金屬催化劑包括有機錫類催化劑或有機鉍類催化劑；

所述端羥基低聚物、二異氰酸酯、親水擴鏈劑和催化劑的質量比為20～50：8～20：0.8～4.0：0.1～1.0。

優選的，所述預聚反應的溫度為65～100℃，時間為2.5～6.0h。