[发明专利]一种丙烯酸酯改性水性聚氨酯的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于高分子材料技术领域，涉及一种丙烯酸酯改性水性聚氨酯的制备方法。

背景技术

聚氨酯具有优异的耐腐性、附着力、耐化学药品性、耐候性，在胶粘剂、涂料等领域得到广泛的应用。但是溶剂型的聚氨酯含有大量的溶剂，如甲苯、二甲基酰胺等，都会造成严重的环境污染。近年来随着各国环保法规的确立和环保意识的增强，以溶剂为分散介质的聚氨酯越来越来越受到限制。

水性聚氨酯(WPU)以水为溶剂，不仅具有溶剂型聚氨酯胶粘剂所具有的耐寒、耐候、弹性好、光泽高、软硬段温度可调等基本特性外，还具有不燃、无毒、无污染等优点，但是水性聚氨酯具有固含量低、物理机械性能差、耐水性差等缺点，这影了水性聚氨酯的推广和应用。丙烯酸树脂具有机械强度高、耐老化、抗黄变、耐水性好等优点，但又存在着耐有机溶剂性较差、耐热性差、软化点较低、耐磨性差等缺点。因此聚氨酯和聚丙烯酸酯两者在性能上具有很大的互补性，若将两者复合可以使水性聚氨酯的性能得到明显改善。

目前国内报道的丙烯酸酯改性的水性聚氨酯主要是以合成的水性双键封端聚氨酯为种子乳液乳化丙烯酸酯单体，然后再通过引发剂引发丙烯酸酯单体，制备出改性产品。但是这种方法合成的水性双键封端聚氨酯中双键的活性比较差，反应不易控制。

鉴于以上述缺陷，实有必要提供一种丙烯酸酯改性水性聚氨酯的制备方法以克服上述缺陷。

发明内容

为了克服目前丙烯酸改性水性聚氨酯技术上的缺陷，本发明提供了一种丙烯酸酯改性水性聚氨酯的制备方法，这种方法利用丁烯二醇作为扩链剂，在聚氨酯分子主链上引入活性双键，然后再用丙烯酸酯单体通过双键聚合将聚氨酯主链连接在一起，形成网状结构，从而合成出丙烯酸酯改性的水性聚氨酯产品。

为实现上述目的，本发明提供了一种丙烯酸酯改性水性聚氨酯的制备方法，以二异氰酸酯、聚合物二元醇为原料，在N₂保护下反应得到聚氨酯预聚体；然后将亲水性扩链剂、丁烯二醇和丙烯酸酯单体加入到聚氨酯预聚体中，反应得到在主链上引入活性双键的聚氨酯预聚体，接着加入中和剂进行中和，同时，加入去离子水进行乳化，最后，加入引发剂引发活性双键聚合，即可得到丙烯酸酯改性的水性聚氨酯材料，其中，所述二异氰酸酯为1.2~2mol，聚合物二元醇为0.2~0.4mol，亲水性扩链剂为0.4~0.7mol，丁烯二醇为0.1~0.3mol，丙烯酸酯单体占二异氰酸酯、聚合物二元醇和亲水性扩链剂总量的质量百分比为10~30%。

本发明提供了一种丙烯酸酯改性水性聚氨酯的制备方法，包括以下步骤：

（1）将1.2~2mol的二异氰酸酯，0.2~0.4mol的聚合物二元醇，在60~90℃的温度和在N₂保护的条件下，反应1~2h，得到聚氨酯预聚体；

（2）将0.4~0.7mol的亲水性扩链剂，0.1~0.3mol的丁烯二醇以及占二异氰酸酯、聚合物二元醇和亲水性扩链剂总量的质量百分比10~30%的丙烯酸酯单体，加入（1）得到反应液中，在60~90℃和N₂保护的条件下，反应2~4h，得到主链上引入活性双键的聚氨酯预聚体；

（3）将（2）得到的反应液降温到20~40℃，加入中和剂进行中和，同时加入去离子水进行乳化，得到主链上引入活性双键的水性聚氨酯乳液；

（4）将占丙烯酸酯单体的质量百分比0.01~5%的引发剂溶解在去离子水中，然后将其加入到（3）得到的乳液中，升温到70~90℃在N₂保护下，反应2~4h，即可得到丙烯酸酯改性的水性聚氨酯。

所述二异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯，二苯甲烷二异氰酸酯，异佛尔酮二异氰酸酯中的一种或几种；

所述聚合物二元醇为聚丙二醇、聚碳酸酯二醇、聚己内酯二醇中的一种或几种，其羟值为12-623mgKOH/g；

所述聚合物二元醇的羟值为32-208mgKOH/g；

所述的亲水性扩链剂为二羟甲基丙酸（DMPA）或二羟甲基丁酸（DMBA）；

所述的丙烯酸酯单体为丙烯酸甲酯，甲基丙烯酸甲基，丙烯酸乙酯，丙烯酸丁酯中的一种或几种；

所述的中和剂为二乙胺，三乙胺，氨水中的一种或几种；

所述中和剂的中和程度为20-120；

所述的引发剂为过硫酸钾或过硫酸铵。