[发明专利]聚酯丙烯酸酯杂化水分散体的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于化工涂料领域，尤其涉及一种用于高性能双组份水性聚氨酯涂料的新型聚酯丙烯酸酯杂化水分散体的制备方法。

背景技术

近年来，由于环境保护法规的要求以及节能减排的需要，用水性涂料技术来替代溶剂型涂料已经成为涂料的发展趋势。多元醇树脂作为双组分聚氨酯涂料的重要组成部分，其关系到聚氨酯涂料的水性化，因为受到人们的广泛关注和研究。

双组分水性聚氨酯涂料中常用到的多元醇有聚丙烯酸酯多元醇、聚酯多元醇、聚醚多元醇、聚碳酸酯多元醇等。其中具有光泽度高、柔韧性佳、耐候性好特点的聚丙烯酸酯多元醇和着色性能好、丰满度高、粘度低特点的聚酯多元醇在双组分聚氨酯涂料中占有重要地位。目前，人们对由单一的聚酯或是丙烯酸酯水分散体研究比较多，如专利CN101161701A中将多元酸与多元醇混合均匀进行熔融缩聚反应，在反应后期引入亲水基团到聚酯分子链上，然后通过中和成盐的方法制备了一种低酸值，高分子量的可作为汽车中涂漆的聚酯水分散体。这种涂料具有良好的耐水和耐溶剂性能，抗石击能力强，但是涂膜的光泽度和丰满度不高。专利CN200710028975.5采用(甲基)丙烯酸酯单体及叔碳酸缩水甘油酯制备了水分散型丙烯酸酯的汽车罩光面漆，这种涂料具有高硬度和高的抗冲击性，但是涂料的有机溶剂含量高，涂膜的耐水性差。实现聚酯和丙烯酸酯树脂的有效结合可以使涂层兼有两种树脂的优点。一方面，聚酯赋予涂料较好金属底材附着力和较好的耐冲击性能；另一方面，热固性丙烯酸酯能赋予涂料良好的耐水性和户外耐久性。如专利CN101429319采用水性丙烯酸酯树脂和水性饱和聚酯树脂物理共混实现水性丙烯酸酯改性饱和聚酯，制备了水性烘烤铝粉漆，这种涂料具有较高的硬度和光泽，但是涂膜的耐化学品性欠佳。专利CN1781959先合成低分子量的聚酯预聚物，然后将该预聚物参与到丙烯酸树脂的合成过程中，最后加入胺中和制得聚酯-聚丙烯酸酯分散体。这种涂料避免了乳化剂的使用，具有好的机械性能和光学性能，但是树脂的酸值较高，采用了胺中和，涂膜的耐水性不好。专利美国专利US6576717B1采用丙烯酸酯单体接枝含磺酸钠基团不饱和聚酯树脂实现聚酯丙烯酸酯杂化水分散体的制备，这种方法虽然避免了胺的使用，减少了对环境的污染，但是丙烯酸酯单体接枝不饱和聚酯树脂是一个复杂的过程，仍然存在着两相分离的问题，导致最终杂化水分散体的稳定性欠佳。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，针对现有水分散体树脂成分单一、水分散体主要是通过胺中和反应实现水性化、分散体溶剂含量高、涂料光泽度不高，耐水性差等特点，提供一种聚酯丙烯酸杂化水分散体的制备方法。这种杂化水分散体一方面将聚酯和丙烯酸树脂的特点有效地结合起来，使涂膜具有光泽高、硬度大、抗冲击性能强、耐水耐候性佳等特点，同时涂膜还具有突出的抗刮伤性能；另一方面这种杂化水分散体采用磺酸盐这种特殊结构实现树脂的水性化，避免了采用胺做中和剂的传统制备方法，树脂的酸值低(小于5mgKOH/g)使制得的杂化水分散体具有较高的稳定性。分散体中仅采用少量助溶剂，涂料中有机溶剂的含量低，减少了对环境的污染和破坏，从而达到降低溶剂排放和环境友好的目的。

本发明的技术方案是，所述聚酯丙烯酸酯杂化水分散体的制备方法包括羟基丙烯酸酯树脂的合成、中间体的制备、聚酯丙烯酸酯树脂的制备、去离子水分散四个步骤，其中：

(1)羟基丙烯酸酯树脂的合成：在反应器中加入占溶剂总用量95％的溶剂，导入氮气升温至回流温度；然后滴加由非官能性(甲基)丙烯酸酯、含羟基的(甲基)丙烯酸酯、占引发剂总用量90％的引发剂组成的混合溶液，在2小时～3小时以内滴加完毕；然后再补加剩余引发剂和溶剂，保温1小时～3小时；

合成过程中所述各组分的重量份用量为：

非官能性(甲基)丙烯酸酯            30～50份；

含羟基的(甲基)丙烯酸酯            30～50份；

引发剂                            2～5份；

溶剂                              30～50份；

所述非官能性(甲基)丙烯酸酯选自下列单体的两种以上的任意组合：

(甲基)丙烯酸甲酯，(甲基)丙烯酸乙酯，

(甲基)丙烯酸丁酯，(甲基)丙烯酸叔丁酯，

(甲基)丙烯酸异冰片酯；

所述含羟基的(甲基)丙烯酸酯选自下列单体的一种以上的任意组合：

甲基丙烯酸羟乙酯，甲基丙烯酸羟丙酯，丙烯酸羟丙酯；