[发明专利]一种有机硅烷改性丙烯酸聚氨酯、用其制备的涂料及相关的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及涂料技术领域，更具体地，涉及用于涂料中的树脂技术领域，特别是指一种有机硅烷改性丙烯酸聚氨酯、用其制备的涂料及相关的制备方法。

背景技术

近年来由于人类对环境质量的要求不断增加，涂料工业正在朝着节约资源、少用能源、无污染为方向发展。因此汽车涂料的研究目前正在向水性化，高固体分化、高性能化等环境友好型涂料方向发展。

硅烷偶联剂是一类分子中同时含有两种不同化学性质基团的有机硅化合物，它们可以用以下通式表示：

Y-R-SiX₃

式中，Y-R为非水解基团，X为可水解基团。Y可以和有机化合物起反应，从而将硅烷和有机化合物连接起来，它包括链烯基(主要为乙烯基)、环氧基、卤素、氨基、巯基、叠氮基、-N＝C＝O等；R为短链亚烷基；X易水解，使Si-X转化为Si-OH，从而易与无机物中的玻璃、二氧化硅、金属及其氧化物等结合生成稳定的Si-O，将硅烷与无机物或金属连接起来，它包括卤素、烷氧基、硅氧烷基、乙酰氧基等。硅烷偶联剂按照有机官能团的不同，可分为链烯基类硅烷偶联剂、环氧基类硅烷偶联剂、烷基丙烯酰氧基类硅烷偶联剂、含巯基类硅烷偶联剂、氨基硅烷偶联剂、过氧类硅烷偶联剂以及双官能基型硅烷偶联剂等。近年来将硅烷偶联剂作为改性剂用于涂料工业，皮革工业，纺织工业中，得到了很大的发展。

有机硅单体及其聚合物具有较低的表面能，其Si-O键具有很高的键能、键容易旋转。这些特性赋予其优秀的耐水性、耐高低温性、耐候性、透气性。用有机硅对高分子材料进行改性，能带给改性材料诸多新性质。在众多的高分子材料中丙烯酸酯聚合物由于具有优秀的耐候性、耐(臭)氧性、耐油性、附着力，以及单体众多、合成容易、价格便宜等优点而得到广泛的应用。用有机硅对丙烯酸酯聚合物进行改性，不仅可以改善上述缺点，并且可以赋予改性产物新的性能，如极佳的抗冲击性、透水性、透气性及两亲性等，使材料的作用发挥得更加完美。

目前汽车涂料中传统的树脂是高固体分羟基丙烯酸树脂，它可与氨基树脂、多异氰酸酯加成物等进行交联固化，所形成的漆膜丰满、光泽度高，耐磨、耐刮伤性好，耐水好，但耐候性和耐酸雨性差。抗酸雨能力和耐候性是现代汽车涂料的重要质量指标，因此提高高固体分羟基丙烯酸树脂的耐候性至关重要。

目前，用硅烷偶联剂对汽车涂料进行改性涂料的文献报道较少。在中国发明专利CN1394927A中采用氨基硅烷对聚氨酯丙烯酸树脂进行改性。但是采用氨基硅烷与丙烯酸酯类单体之间的相容性较差，对反应的转化率有一定的影响。

因此，需要开发新的改性高固体分羟基丙烯酸树脂，由其制成的汽车涂料所形成的漆膜丰满、光泽度高、耐磨、耐刮伤性好、耐水好，且耐候性和耐酸雨性好。

发明内容

本发明的主要目的就是针对以上存在的问题与不足，提供一种有机硅烷改性丙烯酸聚氨酯、用其制备的涂料及相关的制备方法，该涂料所形成的漆膜比常规高固体分羟基丙烯酸树脂更加丰满、光泽度更高、耐磨、耐刮伤性更好、耐水更好，硬度更高，且耐候性和耐酸雨性好，制备方法的工艺简单、成本低。

为了实现上述目的，在本发明的第一方面，提供了一种有机硅烷改性丙烯酸聚氨酯，其特点是，所述的有机硅烷改性丙烯酸聚氨酯由高固体分羟基丙烯酸树脂经有机硅烷改性制得。所述高固体分羟基丙烯酸树脂即含羟基丙烯酸树脂。

较佳地，所述有机硅烷是γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三(2-甲氧基-乙氧基)硅烷或乙烯基三甲氧基乙氧基硅烷。

较佳地，所述的有机硅烷改性丙烯酸聚氨酯具体由所述有机硅烷和所述高固体分羟基丙烯酸树脂在引发剂和助剂存在条件下在有机溶剂中导入氮气条件下进行回流反应制得。为了使得反应更加彻底，可以将有机硅烷、高固体分羟基丙烯酸树脂、引发剂及助剂充分混合，并在超声波条件下进行10-30分钟的预分散，然后倒入干净的滴液漏斗，同时在四口烧瓶中加入二甲苯和乙酸丁酯，导入氮气30-60分钟后加热到回流温度，反应2-8小时，直到反应终点，得到有机硅烷改性高固体分羟基丙烯酸树脂。

更佳地，所述高固体分羟基丙烯酸树脂为45-75wt％，所述有机硅烷为10-50wt％，所述引发剂含量为2-5wt％，所述助剂含量为1wt％，其余为所述有机溶剂。

更佳地，所述高固体分羟基丙烯酸树脂为45-75wt％，所述有机硅烷为10-40wt％，所述引发剂含量为2-5wt％，所述助剂含量为1wt％，其余为所述有机溶剂。