[发明专利]一种热解封型聚氨酯-丙烯酸酯乳液及其制备方法

说明书

一、技术领域

本发明涉及一种热解封型聚氨酯-丙烯酸酯乳液及其制备方法。

二、技术背景

乳液聚合是在水中(也可以其他液体介质)按胶束机理或低聚物机理产生彼此孤立的乳胶粒，并在其中进行自由基加成聚合或离子加成聚合生产高聚物的一种聚合方法。聚丙烯酸酯，丁苯橡胶，聚氯乙烯等产品均以乳液聚合法大规模工业化生产。尽管乳液聚合技术得到了很大的发展，但乳液聚合产品的电性能、光学性能和耐蓖麻油性能不能完全满足要求，限制了乳液聚合产品的大规模应用。研究表明乳化剂和引发剂的添加，分子支化等是造成产品性能下降的主要原因，因此国内外许多学者和专家就如何提高乳液产品的性能进行了研究，乳液聚合技术也在不断创新。有工业应用前景的乳液聚合新思路新技术有核壳结构粒子设计，辐射乳液聚合等。

“核壳粒子结构”属于近二十年发展的“粒子设计”(particle design)这一新概念。由于乳胶粒的结构形态与聚合物的性能也有对应关系。在不改变原料组成，不增加产品成本的前提下，仅仅利用高分子化学，高分子物理，分子设计的原理，改变合成工艺和聚合条件，有意识有目的地制备出有核壳结构形态的乳胶粒，来赋予乳液聚合物以优异的性能。

“低温辐射引发”乳液聚合是一种在高能射线辐照下使介质水分解成自由基而引发乳液聚合的方法，辐射源可以是60Coγ、Taγ或电子加速器。与其他引发聚合方法相比，辐射乳液聚合有不可多得的特点：(1)可以通过控制辐射剂量，连续无极调节自由基生成速率，便于按照编排好的生产程序控制乳胶粒与分子量的大小及分布；(2)化学引发剂浓度随时间而降低，故自由基生成速率也随时间而减小，辐射聚合可保持自由基生成速率为常数；(3)化学引发聚合活化能约83.6kJ/mol，辐射聚合反应活化能仅为29.3kJ/mol，反应可在低温下进行，有利于散热和避免暴聚；(4)对于乳液接枝改性来讲，辐射聚合所得侧链的分子量要比化学接枝时大，接枝效率高。化学接枝仅接在乳胶粒表面或接近表面处，而辐射接枝可深入到乳胶粒内部。

中国专利申请号20051004105.5提出了一种水性聚氨酯-含硅丙烯酸酯织物涂层胶的辐射聚合方法。将合成的聚氨酯乳液与预乳液(由丙烯酸酯和乳化剂混合制得)进行两次辐照聚合，并在二次辐照时加入硅烷，合成了性能较好的涂层胶。在制备聚氨酯的的过程中使用丙酮降低粘度，在预乳液的乳化时使用了小分子乳化剂。有机溶剂和小分子乳化剂对乳液的性能有不利的影响，不符合环保要求。中国专利申请号200610096300.X提出了一种氟硅改性核壳结构聚氨酯-丙烯酸酯乳液的制备方法。通过在水性聚氨酯分散体中引入硅烷，并以此和阴离子乳化剂SDS组成种子乳液，与含氟丙烯酸酯单体、丙烯酸酯单体，在化学引发剂的存在下，以热引发的方式产生共聚。该方法得到了耐水性、耐油性较好的材料，但属化学热引发聚合。中国专利申请号200710147402.4提出的聚氨酯-丙烯酸酯复合乳液及其制备方法，以聚氨酯水分散体为种子与丙烯酸酯单体通过化学加热的方式，在自由基引发剂的作用下，引发乳液聚合，形成了聚氨酯-丙烯酸酯的聚合物网络。但由于聚氨酯与聚丙烯酸酯之间没有化学键，各组分功能的发挥受到限制。化学热引发聚合，反应速度难控制、对温度的依赖性大。中国专利申请号200810019023.1提出的水性聚氨酯-含氟丙烯酸酯乳液的辐射聚合方法，水性聚氨酯分散体和丙烯酸酯单体的在钴60-γ射线辐射下聚合，但在复合乳液制备过程中仍需加入较多量的丁酮和2％-6％的乳化剂，对乳液性能有影响且不符合环保要求。中国专利申请号201010046515.7提出的核壳型水性聚氨酯-丙烯酸酯乳液原位辐射聚合方法，利用常温辐射聚合，合成了核壳型的水性聚氨酯-丙烯酸酯乳液，不使用有机溶剂和乳化剂，但在聚氨酯预聚物的合成中并没有使用蓖麻油，也没有异氰酸酯封闭和再解封的过程，没有构成单组份反应体系。

三、发明内容

本发明旨在提供一种热解封型聚氨酯-丙烯酸酯乳液及其制备方法。所要解决的技术问题是在预聚物的合成中使异氰酸酯封端保护，并使封端后的异氰酸酯在以后的使用过程中能解封与基体发生交联反应，从而提高材料的物理性能。

本发明解决技术问题采用如下技术方案：

本发明热解封型聚氨酯-丙烯酸酯乳液的特点在于：所述热解封型聚氨酯-丙烯酸酯乳液为核壳结构，壳层为蓖麻油型聚氨酯分子，核层为丙烯酸酯分子，其中蓖麻油型聚氨酯分子和丙烯酸酯分子形成交联网状结构；所述热解封型聚氨酯-丙烯酸酯乳液的总固含量为30-45％，其中丙烯酸酯占乳液总固含量的40-60％。