[发明专利]有机硅－聚氨酯－丙烯酸酯三元复合离聚物乳液的合成方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种有机硅-聚氨酯-丙烯酸酯三元复合离聚物乳液的合成方法，属于高分子化学合成技术领域。

背景技术

有机硅是由硅氧原子交替结合成硅氧烷链无机骨架，并在硅原子上连接有甲基等有机基团的聚合物。硅氧烷键键能比碳碳键键能大得多，这是硅氧烷具有耐热稳定性和耐侯性的一个重要原因。聚硅氧烷因其独特的化学结构组成而具有一系列优异性能，如具有极好的耐高低温性能，优良的绝缘性和化学稳定性，憎水防潮性，生理惰性及生物相容性。自20世纪40年代工业化应用以来，得到了广泛的研究与应用。有机硅化合物(organosilicon compound)是一种特殊高分子化合物，它们兼有无机化合物和有机化合物的特性，表面能低，具有耐低温、耐气候老化、憎水、耐有机溶剂、耐辐射等许多优异性能，而且有机硅聚合物还能赋予涂层杰出的柔软性和爽滑丝绸手感。

聚丙烯酸酯(PA)具有机械强度高、耐老化、耐水性好等优点，丙烯酸酯类树脂是一种粘接性强、成膜性高的高分子材料，其相互之间或与苯乙烯的共聚物(简称纯丙和苯丙)目前在内墙涂料领域得到了广泛的应用。但存在韧性、耐磨、耐化学品性能差、高温发粘、低温发脆等缺点。但作为外墙涂料，必须具有好的耐候性(耐高低温，耐氧化，耐腐蚀等)，而丙烯酸酯树脂低温变脆，高温变粘失强的缺点影响了它在外墙涂料领域的进一步运用。使用聚氨酯(PU)对PA进行改性，可以利用PU优异的耐寒性、弹性、很好的温度适应能力等性能，和PA在性质上具有一定的互补作用。通过两者复合制得聚氨酯-丙烯酸酯(PUA)复合乳液，可以取长补短，发挥综合优势，使乳液的涂膜性能得到明显改善。聚氨酯本身结构单元的多变性，又为PUA与其它材料的复合提供了新的契机。

将离聚物制成稳定乳液是一项比较新颖的工作，近年来也有制成聚氨酯-丙烯酸酯(PUA)离聚体的工作报道，但直接制成离聚物的乳液却鲜有报道。离聚物(ionomer)是指含离子基团低于15mol％的聚合物，这些离子基团能聚集成多重离子对或离子簇，使大分子链发生物理交联形成聚集体，导致性质起很大变化.例如常温下因物理交联而具有良好弹性，而高温时物理交联被破坏而具有流动性.所以离聚物能制成热塑性弹性体。在离子聚合物体系中，可能存在的相互作用有离子-离子相互作用；离子对-离子对相互作用；离子偶极相互作用；金属络合相互作用；氢键相互作用；疏水链相互作用等。

在共混组分间引入某些特殊的相互作用，从而使不相容的共混物变得相容甚至相容性大大提高。通过引进离子键，利用离子键合作用可以制成性能优良的有机硅-聚氨酯-丙烯酸酯乳液。

发明内容

本发明的目的是提供一种工艺简单、低成本、高性能的制备有机硅-聚氨酯-丙烯酸酯三元复合离聚物乳液的合成方法。

本发明的目的是通过以下技术手段来实现的。

一种有机硅-聚氨酯-丙烯酸酯三元复合离聚物乳液的合成方法，其特征在于，用引入了有机硅的带有叔氨基团的聚氨酯(PU)与聚丙烯酸酯(PA)作用，制得了含有离子键作用的有机硅改性PUA乳液；具体合成方法如下：

1)有机硅聚氨酯预聚体的合成

将适量的有机溶剂与甲苯二异氰酸酯(TDI)混合后加入氮气保护的反应器中，并滴加适量的催化剂二丁基锡二月桂酸酯(DBT)，升到50-80℃，慢慢滴加端羟基聚二甲基硅氧烷，端羟基聚二甲基硅氧烷的含量占甲苯二异氰酸酯的质量百分数为1-52％，于1.5h左右滴加完，滴加完毕后继续反应1.5h；然后滴加聚异丙二醇，甲苯二异氰酸酯与聚异丙二醇的摩尔比值为1∶1，于1.5h左右滴加完，滴加完毕后继续反应1.5h；

2)阳离子有机硅聚氨酯预聚体的合成

将步骤1)的产物冷却到室温，向反应器中滴加0.02-0.20mol的N-甲基二乙醇胺(MDEA)的丙酮溶液，升到50-80℃反应1h得初产品；将初产品用蒸馏水洗涤，洗去溶剂，再使用质量百分浓度为10％NaOH溶液中和，得到阳离子有机硅聚氨酯预聚体；

3)有机硅-聚氨酯-丙烯酸酯三元复合离聚物乳液的合成

用质量百分浓度为10％HCl溶液调节步骤2)制成的预聚体成中性，在65-85℃下，缓慢加入丙烯酸单体及引发剂，阳离子有机硅聚氨酯预聚体与丙烯酸单体的质量比为1∶3-3∶3，引发剂用量占丙烯酸单体用量的质量百分数为1％，于2h左右加完，然后继续反应1.5h，制得有机硅-聚氨酯-丙烯酸酯三元复合离聚物乳液。