[发明专利]高弹性水性聚氨酯-丙烯酸酯复合树脂及其制备和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种水性聚氨酯-丙烯酸酯复合树脂，特别是涉及一种高弹性的水性聚氨酯-丙烯酸酯复合树脂。该复合树脂可用于制备弹性涂料，特别适用于建筑领域的弹性涂料。

背景技术

传统的溶剂型聚氨酯在合成和应用过程中需要用到大量的有机溶剂，溶剂的挥发和残存在制品中的溶剂会对施工人员和消费者的健康造成严重的危害。随着人们环保意识的提高以及各国开始对挥发性有机化合物(VOC)含量的限制，开发低污染环保型的水性聚氨酯产品已成为大家的共识。水性聚氨酯是以水代替有机溶剂作为分散介质，在生产和应用过程中基本不使用或者使用极少量的有机溶剂，因而具有很好的环保价值。水性聚氨酯产品因具有极佳的弹性和柔韧性特别是在低温下的弹性、且具有较好的耐溶剂性和光泽，现已用于涂料和粘合剂的众多领域。

用于制备水性聚氨酯树脂的多异氰酸酯分为芳香族异氰酸酯和脂肪族异氰酸酯。芳香族异氰酸酯其制备的产品容易黄变，一般仅限于对黄变要求不高的应用领域。由脂肪族异氰酸酯产品制备的漆膜具有很好地耐黄变性能，可应用于室外等对黄变要求高的高档领域。但脂肪族异氰酸酯产量小、价格太高，这在很大程度上限制了水性聚氨酯行业的发展。另外，为了使聚氨酯能在水中分散，在合成水性聚氨酯过程中需要加入一定量的亲水性化合物。在树脂成膜以后，这些亲水性的基团仍残留在漆膜中，从而影响漆膜的耐水性和机械强度。这在一定程度上影响了水性聚氨酯产品的使用性能。

为了得到低成本、高性能的水性聚氨酯产品，可对水性聚氨酯进行改性。水性丙烯酸酯树脂具有耐老化、耐候性、耐水性好并且原料来源广泛、成本低廉等优点。用水性丙烯酸酯树脂对水性聚氨酯改性制备水性聚氨酯-丙烯酸酯复合树脂，可以充分结合水性聚氨酯和水性丙烯酸酯的各自优点，起到扬长避短，使漆膜性能得到明显改善。

有关水性聚氨酯-丙烯酸酯复合树脂制备研究较多。制备水性聚氨酯-丙烯酸酯复合树脂的工艺有多种。专利CN 1670052A先制备了水性聚氨酯，然后往水性聚氨酯中滴加(甲基)丙烯酸酯单体和自由基引发剂聚合。专利US 2009-0111934 A1先制备水性丙烯酸酯乳液，然后将异氰酸酯预聚体在水性丙烯酸酯乳液中强力分散的方式制备复合树脂。专利US 6635706制备水性聚氨酯-丙烯酸酯复合树脂时以(甲基)丙烯酸酯单体代替丙酮作为稀释剂加入预聚体中分散，可大大降低有机溶剂的使用。

水性聚氨酯-丙烯酸酯复合树脂的制备工艺通常分为两步：第一步先通过异氰酸酯与多元醇反应制备水性聚氨酯；第二步是以水性聚氨酯作为乳化剂，在水性聚氨酯中进行乳液聚合反应，形成以聚丙烯酸酯为“核”，以聚氨酯为“壳”的复合树脂结构，例如CN101481451A和CN101775106A。丙烯酸酯单体可以在制备好聚氨酯预聚体后加入充当稀释剂以减少有机溶剂的使用，也可以在制备好水性聚氨酯后加入。

当前对水性聚氨酯-丙烯酸酯复合树脂的研究，主要针对水性聚氨酯耐水性、耐溶剂性、硬度方面进行改进。而通过水性聚氨酯与水性丙烯酸酯复配制备高弹性树脂的研究相对较少。水性聚氨酯-丙烯酸酯复合树脂按聚合物结构主要分为聚氨酯部分和聚丙烯酸酯部分。对于高弹性的水性聚氨酯-丙烯酸酯复合树脂，不仅要求其聚氨酯部分具有很好地弹性，也要求聚丙烯酸酯部分弹性好。因此对原料异氰酸酯及丙烯酸酯单体结构及类型的选择非常重要。

发明内容

本发明的目的在于通过选择合适的脂肪族异氰酸酯及丙烯酸单体以及优化的乳液聚合工艺制备高弹性的水性聚氨酯-丙烯酸酯复合树脂，且提供该高弹性水性聚氨酯-丙烯酸酯复合树脂在建筑领域弹性涂料中的应用方法。

一种高弹性水性聚氨酯-丙烯酸酯复合树脂，其特征在于，该树脂主要由以下原料制备得到：

1)7-20质量份高对称结构脂肪族二异氰酸酯，

2)25-45质量份聚醚多元醇，

3)0-0.03质量份聚氨酯催化剂，

4)0-2质量份低分子量醇类扩链剂，

5)1-6质量份亲水扩链剂，

6)0.4-1.5质量份低分子量胺类扩链剂，

7)1-4质量份有机胺类中和剂，

8)20-60质量份(甲基)丙烯酸酯单体，

9)0.08-1.3质量份自由基引发剂；

本发明中，所述高对称结构脂肪族二异氰酸酯为二环己基甲烷二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯中的一种或两者任意比例的混合物；其中，二环己基甲烷二异氰酸酯中4，4’二环己基甲烷二异氰酸酯含量高于99％。