[發明專利]一種硅溶膠改性水性聚氨酯丙烯酸酯復合乳液及其制備

在審

• 申請號: 202110946817.8
• 申請日: 2021-08-18
• 公開（公告）號: CN113801271A
• 公開（公告）日: 2021-12-17
• 發明（設計）人: 葉代勇;于恒
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: C08F283/00
• 分類號: C08F283/00;C08F220/14;C08K3/36;C08G18/76;C08G18/66;C08G18/48;C08G18/34;C08G18/12;C09D151/08;C09D7/61
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 蔡克永

本發明公開了一種硅溶膠改性水性聚氨酯丙烯酸酯復合乳液及其制備；本發明采用聚丙二醇、二異氰酸酯化合物、多羥基羧酸、低分子量二元醇及丙烯酸酯單體合成?NCO封端的聚氨酯丙烯酸酯預聚體；中和后加入硅溶膠及去離子水進行乳化，并在分散后用小分子胺類擴鏈劑進行后擴鏈，之后加入引發劑完成自由基聚合，得到硅溶膠改性水性聚氨酯丙烯酸酯復合乳液；所述硅溶膠占乳液總質量的10％～40％，粒徑14nm～120nm。由硅溶膠引入的納米二氧化硅，明顯提高復合乳液的力學性能和耐水性，本發明可有效延長復合乳液的貯存穩定性，具有高透明度及光澤度，可用于木器、金屬、塑料等表面涂層。

技術領域

本發明涉及精細化工領域，尤其涉及一種硅溶膠改性水性聚氨酯丙烯酸酯復合乳液及其制備。

背景技術

水性涂料包括水性聚氨酯及水性丙烯酸酯等無揮發性溶劑，不僅不會對環境造成污染，也不會對人體健康產生危害。

但相對溶劑型涂料其缺點十分明顯，如硬度等力學性能的不足以及以水為分散相造成的耐水性的不盡如意。

并且耐水性較好的水性聚氨酯因親水單體含量低或者中和度不合適都會引起貯存問題，出現分層、凝膠等現象。

為有效提高水性涂料的性能，關于有機-無機復合乳液的研究一直處于熱門領域，兩相之間的復合方式以及相容性是研究的重點。

硅溶膠作為納米粒子二氧化硅在水中的分散液，具有優良的分散性以防止納米粒子在有機相中的團聚。顆粒表面豐富的硅醇鍵使得自身可以成膜，并提供與異氰酸酯反應的條件，從而提高漆膜力學性能及耐水性。

硅溶膠中表面所帶的雙電層的二氧化硅納米粒子與樹脂粒子復合后增強其表面電勢，提高乳液分散性，從而提高其貯存穩定性。

硅溶膠改性樹脂乳液大多只是將硅溶膠與水性樹脂體系進行直接的物理共混，無機相與有機相沒能進行有效的相互作用，并且也不利于無機相二氧化硅在乳液中的分散，容易產生團聚現象，從而不能提高對涂膜性能，甚至會造成儲存差等問題。

現有技術中，將硅溶膠與水性聚氨酯直接物理共混來進行改性，但復合乳液力學性能提升不明顯，耐水性也僅在硅溶膠含量為5％時有所提升，且當硅溶膠含量增加時，吸水率高于基質樹脂的吸水率，對漆膜的耐水性能、力學性能起負面作用。

專利CN108084359以硅溶膠為種子，采用無皂聚合方式合成了具有核殼結構的羥基丙烯酸酯乳液，其中硅烷偶聯劑作為殼層，提高乳液耐水性并提供部分羥基。

但上述技術面臨著合成復雜，需要硅烷偶聯劑進行改性，以及無機相硅含量低的問題，而對漆膜性能提升不大，也無法有效降低成本。

因而，制備和生產應用中，以簡單的合成工藝和最佳的硅溶膠改性添加含量來獲得高耐水性等性能優異的復合乳液有很重要的意義。

發明內容

本發明旨在解決硅溶膠添加量受限以及需要復雜改性等問題，提供一種硅溶膠改性水性聚氨酯丙烯酸酯復合乳液及其制備。本發明在后擴鏈階段之前引入硅溶膠為二氧化硅與預聚體反應提供條件，從而使有機相與無機相之間產生強相互作用，提高硅溶膠在樹脂基質中的相容性，并有效延長乳液的儲存時長。提高硅溶膠在有機相中的有效添加含量，防止顆粒團聚。

本發明通過下述技術方案實現：

一種硅溶膠改性水性聚氨酯丙烯酸酯復合乳液，包括以下步驟:

步驟一：將聚丙二醇、二異氰酸酯為原料進行第一反應，得到第一產物；

步驟二：在所述第一產物中先后加入親水擴鏈劑、非親水擴鏈劑和催化劑，進行第二反應，得到聚氨酯預聚體作為第二產物；

步驟三：在所述第二產物中加入丙烯酸單體合成互穿網絡結構的聚氨酯丙烯酸酯預聚體，進行第三反應，得到第三產物；