自分散聚氨酯丙烯酸酯水性共聚物和制備方法及其制成的水乳液的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于水性涂料技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種自分散聚氨酯丙烯酸酯水性共聚物 和制備方法及其制備而成的自分散聚氨酯丙烯酸酯水乳液。
【背景技術(shù)】
[0002] 涂料是當(dāng)代工業(yè)的一個(gè)不可缺少的配套材料。它與塑料、黏合劑、合成橡膠、合成 纖維稱為五大合成材料。涂料在制造、施工、干燥、固化和成膜過程中向空氣中散發(fā)的揮發(fā) 性有機(jī)化合物（VOC)對(duì)人體健康和環(huán)境構(gòu)成了嚴(yán)重的污染和威脅。為此，世界各國(guó)都制定 了相應(yīng)的環(huán)保法規(guī)，限制涂料中VOC的排放。水性樹脂生產(chǎn)技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展，使得水性涂 料逐步替代溶劑型涂料成為可能。
[0003] 目前，聚氨酯水乳液、丙烯酸酯水乳液、環(huán)氧樹脂水乳液等被廣泛應(yīng)用于水性涂料 領(lǐng)域。其中，聚氨酯水乳液的應(yīng)用特別廣泛。但其耐化學(xué)品性、耐溶劑性欠佳，硬度和光澤 度較低，對(duì)非極性基材潤(rùn)濕性差，粘結(jié)強(qiáng)度低，初粘力低等，不能滿足多種領(lǐng)域的需要。
[0004] 丙烯酸酯水乳液具有防腐、耐堿、耐光、耐候、成膜性好、保色性佳、無(wú)污染、施工性 能良好、使用安全等特點(diǎn)。采用丙烯酸酯對(duì)聚氨酯進(jìn)行改性，從而獲得性能優(yōu)良的聚氨酯丙 烯酸酯水乳液，是目前研宄最廣泛的方法之一。目前，工業(yè)上普遍采用的改性方法是將丙烯 酸酯水乳液與聚氨酯水乳液物理混合改性，但采用這種方法改性的水乳液涂膜，膜容易出 現(xiàn)分相等問題。若采取普通乳液聚合、核殼乳液聚合的方法進(jìn)行化學(xué)改性，體系中加入的乳 化劑、分散劑等助劑，會(huì)在某種程度上降低乳液性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)與不足，本發(fā)明的首要目的在于提供一種自分散聚 氨酯丙烯酸酯水性共聚物。
[0006] 本發(fā)明另一目的在于提供一種上述自分散聚氨酯丙烯酸酯水性共聚物的制備方 法。
[0007] 本發(fā)明的再一目的在于提供上述自分散聚氨酯丙烯酸酯水性共聚物制備而成的 自分散聚氨酯丙烯酸酯水乳液。
[0008] 本發(fā)明的又一目的在于提供上述自分散聚氨酯丙烯酸酯水乳液的制備方法。
[0009] 本發(fā)明的目的通過下述方案實(shí)現(xiàn)：
[0010] 一種自分散聚氨酯丙烯酸酯水性共聚物，該共聚物具有如下式所示的結(jié)構(gòu)：
[0011]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種自分散聚氨酯丙烯酸酯水性共聚物，其特征在于：該共聚物具有如下式所示的 結(jié)構(gòu)：
^nH2n+l 其中，R1表示H或CH 3, 1?2表
的一種，X為1~10之間的 自然數(shù)，y為5~30之間的自然數(shù)，z為1~20之間的自然數(shù)，a為1~4之間的自然數(shù)， m為5~200之間的自然數(shù)，η為1~18之間的自然數(shù)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種自分散聚氨酯丙烯酸酯水性共聚物的制備方法，其特征 在于包括以下操作步驟： (1) 聚氨酯預(yù)聚物的制備：將除水的100重量份聚醚二元醇，升溫至50~65°C，加入 12~50重量份二異氰酸酯，攪拌混合均勻，升溫至70~80°C，反應(yīng)3~7h后即得到聚氨 酯預(yù)聚物； (2) 聚丙烯酸酯預(yù)聚物溶液的制備：將60~90重量份的丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯， 5~10重量份的丙烯酸羥基酯或甲基丙烯酸羥基酯，5~30重量份的丙烯酸或甲基丙烯 酸，100重量份溶劑，2~3重量份的引發(fā)劑，攪拌混合均勾，在80~100°C下反應(yīng)10~15h 后，制得聚丙烯酸酯預(yù)聚物溶液； (3) 聚氨酯丙烯酸酯水性共聚物的制備：將20~40重量份的聚氨酯預(yù)聚物，攪拌升溫 至40°C，加入80~120重量份的聚丙烯酸酯預(yù)聚物溶液和0. 01~0. 10重量份的催化劑， 攪拌混合均勻后升溫至60~70°C，反應(yīng)2~7小時(shí)后得到聚氨酯丙烯酸酯水性聚合物溶 液；使用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器除去聚氨酯丙烯酸酯水性聚合物溶液中的有機(jī)溶劑，得到自分散聚氨 酯丙烯酸酯水性共聚物。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于：步驟（1)中所述的聚醚二元醇的分 子量為300~10000。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于：步驟（1)中所述的二異氰酸酯為甲 苯二異氰酸酯、二苯基甲烷二異氰酸酯、苯二亞甲基二異氰酸酯、萘二異氰酸酯、甲基環(huán)己 基二異氰酸酯、二環(huán)己基甲烷二異氰酸酯、己二異氰酸酯、異佛爾酮二異氰酸酯中的一種或 一種以上。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于：步驟（2)中所述的丙烯酸烷基酯為 丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丙酯、丙烯酸異辛酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸十八酯、丙烯酸 月桂酯、丙烯酸芐酯中的一種以上； 所述的甲基丙烯酸烷基酯為甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丙酯、甲基 丙烯酸異辛酯、甲基丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸十八酯、甲基丙烯酸月桂酯、甲基丙烯酸芐酯 中的一種以上。
6. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于：步驟（2)中所述的丙烯酸羥基酯為 丙烯酸羥乙酯、丙烯酸羥丙酯、丙烯酸4-羥基丁酯中的一種以上； 所述的甲基丙烯酸羥基酯為甲基丙烯酸羥乙酯、甲基丙烯酸羥丙酯、甲基丙烯酸4-羥 基丁酯中的一種以上； 所述的引發(fā)劑為偶氮二異丁腈、偶氮二異戊腈、偶氮二異庚腈和偶氮二環(huán)己基甲腈中 的一種以上； 所述的溶劑為甲苯、二甲苯、二氧六環(huán)、環(huán)己酮和乙二醇單甲醚中的一種以上。
7. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于：步驟（3)中所述的催化劑為有機(jī)叔 胺類及有機(jī)金屬化合物；步驟（1)、（2)和（3)是在通氮?dú)獾沫h(huán)境下攪拌進(jìn)行。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的制備方法，其特征在于：所述的催化劑為四甲基丁二胺、二甲 基環(huán)己胺、五甲基二乙烯三胺、二丁基二月桂酸錫、辛酸鉛中的一種以上。
9. 一種由權(quán)利要求1所述的自分散聚氨酯丙烯酸酯水性共聚物制備而成的自分散聚 氨酯丙烯酸酯水乳液。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的自分散聚氨酯丙烯酸酯水乳液的制備方法，其特征在于包 括以下操作步驟：將自分散聚氨酯丙烯酸酯水性共聚物，在常溫下以1500r/min的轉(zhuǎn)速攪 拌分散的條件下，加入三乙胺中和至中性，然后加入去離子水后再以1500r/min的轉(zhuǎn)速攪 拌分散15min，得到自分散聚氨酯丙烯酸酯水乳液。
【專利摘要】本發(fā)明屬于水性涂料技術(shù)領(lǐng)域，公開了一種自分散聚氨酯丙烯酸酯水性共聚物和制備方法及其制成的自分散聚氨酯丙烯酸酯水乳液。自分散聚氨酯丙烯酸酯水性共聚物的制備方法，包括以下步驟：(1)聚氨酯預(yù)聚物的制備；(2)聚丙烯酸酯預(yù)聚物溶液的制備；(3)聚氨酯丙烯酸酯水性共聚物的制備。將自分散聚氨酯丙烯酸酯水性共聚物，在常溫高速分散的條件下，加入堿中和至中性，加入去離子水后再高速分散15min，得到自分散聚氨酯丙烯酸酯水乳液。本發(fā)明聚氨酯丙烯酸酯水性聚合物在水中自分散，分散在水中可得到粒徑為納米級(jí)的粒子。與目前最常用的外加乳化劑法制備的水基分散體系相比，避免了外加乳化劑引起的性能下降，且粒徑更小，性能更優(yōu)異。
【IPC分類】C08G18-48, C08G18-10, C08F220-18, C09D187-00, C08G81-02, C08F220-28, C08F220-06
【公開號(hào)】CN104629060
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510043736
【發(fā)明人】劉偉區(qū), 王紅蕾
【申請(qǐng)人】中科院廣州化學(xué)有限公司
【公開日】2015年5月20日
【申請(qǐng)日】2015年1月28日