[发明专利]聚氨酯－丙烯酸酯复合乳液及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于涂料制备领域，更具体涉及一种聚氨酯-丙烯酸酯复合乳液及其制备方法。

技术背景

近几年来，改进发展高性能的聚氨酯-丙烯酸酯乳液已经成为涂料行业中的一大热门。超过95％的木料外部涂覆都采用透明涂覆。从空气污染、健康和安全的角度出发，过去20年中，挥发性有机物(VOCs)的使用和后期的挥发已经越来越成为一个问题。挥发性有机物被认为会导致臭氧空洞、烟雾形成和全球变暖等问题。有些挥发性有机物更会对人类的健康造成危害，如致癌或器官-神经系统的综合病症，如记忆损伤等。因此，需要一种溶解好或水溶性涂料作为替代品。

为了减少挥发性有机物的挥发，水溶性涂料越来越多的用来替代溶剂型的涂料。聚氨酯乳液和丙烯酸酯乳液是水溶性漆中最重要的两类。通常将聚氨酯乳液和丙烯酸酯乳液混合以获得高质量的表面特性。相对于聚氨酯和丙烯酸酯的混合乳液，其两者的复合溶液具有更好的性质。

除了发展聚氨酯和丙烯酸酯的混合乳液这种的双组分体系，在单一组分体系上的尝试也有了很大的进步，并且单一组分体系在使用上更为简单。上述乳液的品质虽然有些提高，但是以往的聚氨酯-丙烯酸酯复合乳液的漆膜表面的抗化学腐蚀能力不高，特别是抗化学药品、溶剂和水能力不能满足人们的需要。

发明内容

本发明的目的是提供一种聚氨酯-丙烯酸酯复合乳液及其制备方法，该制备方法简单，原料易得，由该制备方法制备的单一组分聚氨酯-丙烯酸酯复合乳液具有更好的品质，特别是具有很好的抗水、热、化学药品和磨损能力，运用范围广泛，具有很高的经济价值。

本发明的聚氨酯-丙烯酸酯复合乳液的制备方法，其特征在于：按照以下步骤制备：

a)制备水溶性聚氨酯种子乳液；

b)在所得的聚氨酯种子乳液中加入甲基丙烯酸酯和交联剂，制备出胶乳互穿聚合物网络聚氨酯-丙烯酸酯复合乳液。

本发明的聚氨酯-丙烯酸酯复合乳液，其特征在于：所述聚氨酯-丙烯酸酯复合乳液含有20-60wt％的固体物，实际粒径为10nm到100nm。

本发明的显著优点是：

a)本发明的制备方法运用含有叔胺基的盐离子中和剂，叔胺基用于中和聚合物中的羧酸功能团，并且在实际的使用中当涂覆的涂料固化后可以挥发。

b)本发明的制备方法加入交联剂，比如，将三羟甲基丙烷(trimethylolpropane monoallylether)，己二醇二丙烯酸酯，等等，加入水溶性聚氨酯乳液。这一步的优点就是在水溶液中就可以产生聚合物网络(LIPN)聚氨酯-丙烯酸酯而不需要乳化剂。

c)本发明的聚合物乳液含有20-60wt％的固体物，能够作为涂料成分和运用在不同的基体上，如，木头、金属、玻璃、塑料，等等，运用范围广泛。

d)本发明获得的复合乳液用于涂覆，具有很好的抗水、热、化学药品和磨损性能，并通过了《中国技术标准》HG/T3608-1999and HBC12-2002。

e)本发明获得的复合乳液在机械性能(如抗磨损能力，硬度或拉伸强度)和成膜温度之间有一个很好的平衡。分散性能可以通过改变主要原料的成分在很大范围内调节，如改变多元醇和多异氰酸酯或扩链剂。能够获得涂料应用预期的高分子量乳液。

f)本发明获得的复合乳液具有很小的粒径，有利于膜聚结。聚氨酯-丙烯酸酯复合乳液中的粒径范围为10到100nm。在此范围内，粒径的平均范围为小于90nm，绝大多数都小于80nm。

g)本发明获得的复合乳液具有持久不变黄之优点，令其应用性能大大提高。

附图说明

图1是运用原子力显微镜(AFM)检测实施例5的外貌图。

图2是制备水溶性聚氨酯种子乳液的流程图。

具体实施方式

本发明的具体制备步骤如下：

制备水溶性聚氨酯种子乳液：本步骤所用原料的质量份数为：多异氰酸酯1.1～6份；多元醇或二元醇1份；催化剂0.01～0.1份；扩链剂0.1～0.9份，离子型基团化合物0.1～1.1份，中和剂0.1～0.8份，溶剂0.1～2.5份，水3.5～7.5份；制备过程：将多元醇预先真空脱水处理，反应容器通氮气干燥15～60分钟，在反应容器中加入多异氰酸酯、催化剂、多元醇和溶剂进行预缩合反应，加入扩链剂进行扩链反应，加入离子型基团化合物进行离子化，滴定加入中和剂进行中和反应，然后加入水，反应混合物在94℃下连续搅拌30分钟，反应混合物在94℃下条件下保持2.5小时乳化；将反应混合物冷却到25℃，得到水溶性聚氨酯种子乳液；