[发明专利]硝酸纤维素－聚氨酯－聚丙烯酸(酯)复合乳液的合成方法

说明书

技术领域

本发明涉及水性涂料的制备，更具体地说，涉及一种水性木器涂料用水性成膜聚合物的合成方法。

背景技术

在木器涂料领域，以硝酸纤维素为成膜聚合物的溶剂型硝基漆曾经多年居于木器涂料的主导地位，而且现在还被国内外木器涂装行业广泛使用。但是，其在生产和施工过程中释放出来的挥发性有机化合物(VOC)严重地不仅破坏了人类赖以生存的环境，而且浪费了宝贵的资源。水性涂料作为一种主要的环境友好型涂料，已越来越成为人们研究的热点。自20世纪第二次世界大战以来，水性硝酸纤维素乳液的制备技术就得到了深入研究并实际应用于多孔性基材如纸张、纺织品和皮革等表面的保护和涂饰。早期的硝酸纤维素乳液主要是作为皮革涂饰剂的使用而发展起来的，其性能存在着诸多不足之处，如固体分低、需用增塑剂、耗用溶剂多、涂膜附着力低、硬度不高、耐候性较差、低温易脆等，因此一般不能用于工业木器的涂装。为了提高硝酸纤维素乳液及其涂料的性能，常常需要加入其他聚合物或树脂对其进行改性，以提高水性硝酸纤维素乳液及其涂膜的性能，如通过加入增塑剂或软性树脂来提高其柔韧性，通过共混或接枝来提高其耐候性及柔韧性。根据改性方法可分为物理改性和化学改性。

物理改性是硝酸纤维素乳液制备过程中应用较为广泛的方法之一。其中，应用最多的是醇酸树脂对硝酸纤维素乳液的改性，以改进涂膜的外观、丰满度、柔韧性等。不干性油醇酸树脂如蓖麻油醇酸树脂、椰子油醇酸树脂等较为常用。但是由于物理改性一般是采用不同化学组成的聚合物乳液物理共混“冷拼”而成的，各种成分之间缺乏牢固的化学键结合，所以乳液的稳定性差，组分间相容性不好，涂膜的性能不是十分理想，限制了它的全面推广和应用。要从根本上改善水性硝酸纤维素乳液的成膜性能，最为有效的方法是通过化学改性合成具有特殊功能基团或特殊结构(如核壳乳液、乳液互穿聚合物网络等)的聚合物水乳液。近年来，特别是国内外涂料行业对硝酸纤维素的化学改性及其有关的应用基础研究，已逐渐发展成一个较为活跃的涂料研究领域。常用的改性硝酸纤维素乳液体系的聚合物主要包括聚氨酯和丙烯酸酯。专利CN1238349A、DE2337457A、JP50042001A、DE2337457B、CA1066856A、GB1558391A、US4066818A均涉及一种聚氨酯改性硝酸纤维素乳液的制备方法。用该方法制备的产品稳定性好，其涂膜具有较好的附着力和柔韧性，但硬度较低、干燥慢，因而主要用作皮革涂饰剂。采用聚丙烯酸酯改性硝酸纤维素乳液也是人们研究的热点之一。如美国Aqualon公司以硝酸纤维素、丙烯酸丁酯和甲基丙烯酸甲酯等为原料制得了乳液粒径小于0.25μm的硝酸纤维素-丙烯酸酯复合乳液；中国发明专利申请CN-1605594A公开了一种采用乳液聚合法制备硝酸纤维素-聚丙烯酸(酯)复合乳液的方法。但是，由于使用了大量的表面活性剂，用这种方法制得的硝酸纤维素复合乳液的涂膜的耐水性较差，且涂膜的柔韧性等方面尚有待于改善。目前，从国内外现实情况看，水性硝酸纤维素乳液产品比较单一，同质化的产品多，且主要应用于皮革涂饰剂领域及其他对性能要求不高的场合，可用于水性木器涂料的高性能硝酸纤维素复合乳液的合成方法在国内外尚未见报道。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的缺点，提供一种水性木器涂料用的水性硝酸纤维素-聚氨酯-聚丙烯酸酯复合乳液的合成方法。合成的复合乳液在性能既具有聚氨酯的优异的柔韧性、附着力和耐化学品性能，又具有聚丙烯酸酯的高光泽、高硬度、优良的耐候性和优异的颜料粒子亲和性，还具有硝酸纤维素的优良的干燥特性，并可降低原材料的成本。

本发明的目的是通过以下技术方案实施的：

一种硝酸纤维素-聚氨酯-聚丙烯酸(酯)复合乳液的合成方法，包括如下步骤和工艺条件：

(1)聚氨酯预聚物的制备：将多异氰酸酯和脱水的聚醚二元醇混合，在30～300转/分钟的搅拌条件下，60～65℃下反应1～2小时，加入亲水扩链剂，升温到75～85℃反应0.5～1.5小时，加入小分子扩链剂在65～75℃进行扩链反应1～2小时；多异氰酸酯、聚醚二元醇、亲水扩链剂和小分子扩链剂用量分别为制备的硝酸纤维素-聚氨酯-聚丙烯酸(酯)复合乳液固体分的8～20wt％、10～25wt％、1～4wt％和1～5wt％；