[发明专利]阳离子-非离子型水性聚氨酯-聚丙烯酸酯复合乳液的制法

说明书

技术领域

本发明涉及一种阳离子-非离子型水性聚氨酯-聚丙烯酸酯复合乳液的制法。该乳液适用于涂料、油墨和粘合剂等领域。

背景技术

水性聚氨酯材料由于其优异的性能和环保特点，目前已大量应用于涂料、油墨和胶黏剂等领域，但由于所用原材料异氰酸酯的价格较高，很大程度上限制了其应用。丙烯酸乳液具有较好的耐老化性和保色保光性，同时成本较低，很好的弥补了聚氨酯材料的不足之处。因此，将水性聚氨酯和水性聚丙烯酸酯结合起来，制备水性聚氨酯-聚丙烯酸酯复合乳液，可以得到高性价比的产品。近年来，水性聚氨酯-聚丙烯酸酯复合乳液（以下简称PUA复合乳液）得到较快发展。目前制备PUA复合乳液的方法主要包括两种：其一将水性聚氨酯和水性聚丙烯酸酯树脂通过“冷拼”制备；其二在水性聚氨酯乳液的基础上，滴加丙烯酸酯单体聚合，制备“核-壳”型复合乳液。以上两种方法制备的PUA复合乳液从本质上来说其主体仍是聚氨酯和聚丙烯酸酯两组分的物理混合体，而仅仅通过物理共混的复合乳液存在相容性的问题，无法最大限度的发挥两个组分的优点。目前的研究重点是如何将聚氨酯和聚丙烯酸酯组分通过化学键的方式结合起来。虽然已有多种方法公开，但是，制得的PUA复合乳液的性能和成本很难兼顾，特别是PUA复合乳液的耐电解质性和储存稳定性存在不足，乳液成膜后的耐水性和力学性能也不能满足应用要求。另一方面，通过对PUA复合乳液树脂的侧链进行功能化改性，可以使所制备的产品得到一些特定的性能，进而满足产品在实际应用中的一些特定需求。但是目前仍不能提供可靠的制备方法。

发明内容

本发明的目的是:提供一种具有优异储存稳定性、良好的耐电解质性和耐碱性的阳离子-非离子型水性聚氨酯-聚丙烯酸酯复合乳液的制备方法。

实现本发明目的的技术方案是：一种阳离子-非离子型水性聚氨酯-聚丙烯酸酯复合乳液的制法，其特征在于，在合成聚氨酯反应中，将含端羟基的聚丙烯酸酯通过所含端羟基接入聚氨酯分子链并成为聚氨酯分子的侧链，得到聚氨酯和聚丙烯酸酯通过化学键结合的复合乳液，其含端羟基的聚丙烯酸酯的侧链有阳离子型亲水基团、非离子链段及较大位阻基团，具体制备步骤如下：

①制备含端羟基的聚丙烯酸酯

将全部单体、链转移剂和引发剂的混合物，均匀滴加到溶剂中进行自由基聚合形成的，具体操作如下：

在反应容器内，加入20～50wt%的溶剂为底料，在50～130℃下，将10～20wt%含阳离子型亲水基团的乙烯基类单体、14～35wt％含有非离子链段的丙烯酸酯单体、6～25wt%含有较大位阻基团的丙烯酸酯单体、2～15wt％其他含乙烯基结构的单体、0.5～8wt%含巯基二元醇链转移剂及0.05～3wt%引发剂混合并搅拌均匀的混合物，在3～5小时内均匀滴加到反应容器内的溶剂中，滴加结束后在50～130℃下保温3～10小时制得含端羟基的聚丙烯酸酯，上述各原料用量之和为100％，其中，含阳离子型亲水基团的乙烯基类单体为（甲基）丙烯酸二甲氨基乙酯、（甲基）丙烯酸二甲氨基丙酯、（甲基）丙烯酸二乙氨基乙酯、丙烯酸二乙氨基丙酯、甲基丙烯酸-2-叔丁基氨基乙酯、（甲基）丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵、（甲基）丙烯酰氧乙基二甲基苄基氯化铵中的一种或几种；含有较大位阻基团的丙烯酸酯单体为（甲基）丙烯酸异冰片酯、（甲基）丙烯酸甲基环戊酯、（甲基）丙烯酸环己基酯、（甲基）丙烯酸叔丁基环己基酯、（甲基）丙烯酸三甲环己基酯中的一种或几种；其他含乙烯基结构的单体为（甲基）丙烯酸甲酯、（甲基）丙烯酸乙酯、（甲基）丙烯酸丁酯、（甲基）丙烯酸丙酯、（甲基）丙烯酸己辛酯、丙烯酸-2-乙基己酯、（甲基）丙烯酸正辛酯、丙烯酸苄酯、苯乙烯、α-甲基苯乙烯中的一种或几种；含巯基二元醇链转移剂为3-巯基-1,2-丙二醇、1,4-二巯基苏糖醇中的一种或几种；引发剂为偶氮二异丁腈、偶氮二异戊腈、偶氮二异庚腈、偶氮二异丁酸二甲酯、偶氮二环己基甲腈、过氧化氢、过氧化二苯甲酰、叔丁基过氧化物中的一种或几种；溶剂为丙酮、丁酮、1-甲基-2-吡咯烷酮、N,N-二甲基甲酰胺、丙二醇甲醚醋酸酯中的一种或几种；含有非离子链段的丙烯酸酯单体具有下述结构：

其中R₁为H或CH₃，R₂为甲基或乙基或丁基，n的范围为7～35；

②制备阳离子-非离子型水性聚氨酯-聚丙烯酸酯复合乳液