[发明专利]一种羟基聚丙烯酸酯水分散体的制备方法及含有羟基聚丙烯酸酯水分散体的水性涂料

说明书

技术领域

本发明属于有机高分子化合物领域，涉及仅用碳-碳不饱和键反应得到的高分子化合物，具体涉及聚丙烯酸酯。

背景技术

随着环保意识的增强和环保法规的健全，传统溶剂型涂料中挥发性有机化合物(VOC)以及有害空气污染物(HAP)的使用愈来愈受到限制，因此水性涂料受到人们越来越多的关注。单组分水性聚氨酯涂料不能与溶剂型涂料媲美，而双组分水性聚氨酯涂料具有高性能和多功能，能满足高档涂料需求，所以双组分水性聚氨酯涂料是水性涂料发展方向和研究热点。双组分水性聚氨酯涂料由水性羟基树脂和聚氨酯固化剂组成，其中水性羟基树脂包括乳液型和水分散体型。乳液型羟基树脂采用乳液聚合制备，聚合物分子量较大，羟基官能度不高，对聚氨酯固化剂的乳化能力不强，其双组份涂膜性能尤其是涂膜外观不好，限制了乳液型双组份聚氨酯涂料的推广应用。水分散体型羟基树脂包括聚酯型、聚氨酯型、聚丙烯酸酯型、聚酯聚氨酯型和其他杂合型，其中聚丙烯酸酯水分散体具有优异的耐水解稳定性和较低成本成为研究热点。

聚丙烯酸酯水分散体一般采用溶液聚合法制备含羧基(或磺酸基)的丙烯酸聚合物，中和成盐后分散于水中形成，其中辅助聚合物形成稳定水分散体的亲水基团(羧基或磺酸基)成膜后会残留于涂膜中降低涂膜耐水性和耐溶剂性。因此，消除涂膜中亲水基团的影响一直是研究的热点和难点。美国专利USP425150(2003.04.29)和USP246929(2005.10.07)报道了引入含酮羰基的交联单体到聚合物链段上作为活性位，在成膜阶段因体系的pH值变化后发生交联反应形成交联聚合物网络，消除残留在涂膜中亲水基团的影响，但是存在交联单体含量高(达总单体量的25％)、成本高、且导致乳液聚合稳定性差、聚合物乳液的贮存期短等缺点；美国专利USP887626(2004.07.09)报道了采用含有不同反应活性的两组分共混，并引入第三个组分控制两组分间的反应进程，合成了一种自交联水性涂料。由于该体系含有两个以上组分，施工成本高等缺陷。目前羟基聚丙烯酸酯水分散体普遍存在以下几方面的问题：(1)分散体固含量低，一般都在20～40％；(2)分散体中亲水基团含量较高，残留在涂膜中的亲水羧酸盐会降低涂膜性能；(3)羟基聚丙烯酸酯水分散体与异氰酸酯的相容性差，用其配制的双组分涂膜外观不好，光泽低，较难满足汽车涂料的使用需求。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种羟基聚丙烯酸酯水分散体的制备方法，该方法制备的羟基聚丙烯酸酯水分散体具有高固含量的优点。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种羟基聚丙烯酸酯水分散体的制备方法，该方法含有以下步骤：

(1)将含羧酸盐的羟基聚丙烯酸酯和不含羧酸盐的羟基聚丙烯酸酯按照质量比1∶0.1～3混合，加入含羧酸盐的羟基聚丙烯酸酯重量1～10倍的去离子水乳化；

(2)蒸馏脱除溶剂至固含量为40～70％，调节pH值至6～8，得到所述的羟基聚丙烯酸酯水分散体；

其中，

所述的含羧酸盐的羟基聚丙烯酸酯由丙烯酸单体A、丙烯酸单体A重量0.1～5％的引发剂和丙烯酸单体A重量1～1.2倍的有机溶剂按以下方法制备得到：

将有机溶剂总量的1～99w％加入到反应釜中，在60～80℃下，2～3h内滴加完由剩余有机溶剂、丙烯酸单体A和引发剂组成的混合物A，保温1h；降温至50℃以下，加入中和剂至pH为6～8，得到含羧酸盐的羟基聚丙烯酸酯；其中，所述的丙烯酸单体A由1～45重量份的(甲基)丙烯酸烷基酯、0～20重量份的苯乙烯、5～20重量份的(甲基)丙烯酸羟烷基酯和1-5重量份的(甲基)丙烯酸组成；

所述的不含羧酸盐的羟基聚丙烯酸酯由丙烯酸单体B、丙烯酸单体B重量0.1～5％的引发剂和丙烯酸单体B重量1～1.2倍的有机溶剂按以下方法制备得到：

将有机溶剂总量的1～99w％加入到反应釜中在60～80℃下，2-3h内滴加完由剩余有机溶剂、丙烯酸单体B和引发剂组成的混合物B，保温1h；降温至室温得到不含羧酸盐的羟基聚丙烯酸酯；所述的丙烯酸单体B由1～45重量份的(甲基)丙烯酸烷基酯、0～20重量份的苯乙烯和5～20重量份的(甲基)丙烯酸羟烷基酯组成；

上述含羧酸盐的羟基聚丙烯酸酯和不含羧酸盐的羟基聚丙烯酸酯的制备步骤中，

所述的(甲基)丙烯酸烷基酯是甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸丁酯、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯和丙烯酸丁酯中的一种或者两种以上的混合物；

所述的(甲基)丙烯酸羟基酯是丙烯酸-2-羟基乙酯、丙烯酸-3-羟基丙酯、甲基丙烯酸-2-羟基乙酯和甲基丙烯酸-2-羟基丙酯中的一种或两种以上的混合物；