[发明专利]金属涂料用丙烯酸改性水性聚氨酯分散液的制备方法

说明书

技术领域：

本发明属于树脂合成技术领域，涉及一种金属涂料用丙烯酸改性水性聚氨酯分散液的制备方法，用于制备硬度及耐盐雾性优良的新型树脂。 

背景技术：

聚氨酯(Polyurethane,简称PU)是指含有重复的氨基甲酸酯基键(NHCOO)的一类高分子材料,是聚氨基甲酸酯的简称。由于其合成单体品种多，反应条件温和、专一、可控，配方可调整余地大及高分子材料的微观结构（存在微观相分离）特点，可广泛用于涂料、粘合剂、泡沫塑料、合成纤维以及弹性体，已成为人们衣、食、住、行以及高新技术领域必不可少的合成材料之一。 

近年来随着人类环保意识的增强及各国环保法律的制定，溶剂型聚氨酯因制备过程中需大量添加甲苯、二甲苯、甲基酰胺等溶剂，易造成严重污染，已不适合作为新型树脂得到更广泛的应用。由此，水性聚氨酯应运而生，其是以水性聚氨酯树脂为基础，以水为分散介质配制的涂料，具有毒性小、不易燃烧、不污染环境、节能、安全等优点，同时还具有溶剂型聚氨酯涂料的一些性能，将聚氨酯涂料附着力强，耐磨性、柔韧性好等优点与水性涂料的低VOA（挥发性有机化合物）相结合。 

水性聚氨酯树脂分散液用作金属涂料用树脂也有其天然的不足，其耐盐雾性较差，且作为金属涂料用树脂其机械性能和硬度指标也达不到要求；丙烯酸乳液是以各种丙烯酸酯及其它乙烯基单体经乳液聚合而成的，具有较好的耐水性、耐候性、硬度大等优良性能。用丙烯酸酯对水性聚氨酯分散液进行复合改性，可以弥补单一水性聚氨酯分散体自增稠性差、固含量低、固化成膜后耐盐雾差、光泽性较差的缺陷，同时掩盖了单一丙烯酸水分散体热粘冷脆、柔韧性差、不耐溶剂的缺点，获得两类体系优势性能互补的新型材料。 

目前报道的丙烯酸改性水性聚氨酯乳液主要通过共聚改性的方式，具体为先通过逐步聚合反应制备水性聚氨酯乳液，然后再利用引发剂引发自由基发生丙烯酸的自由基聚合，但都遇到丙烯酸与水性聚氨酯分散液无法很好的共聚，共聚产 物无法乳化完全，最终出现分层现象；或者虽然能较好地乳化，但共聚产物耐盐雾性和涂膜硬度不好等问题。 

发明内容：

本发明的目的在于：克服现有技术的不足，提供了一种金属涂料用丙烯酸改性水性聚氨酯分散液的制备方法，该方法能制备得到完全乳化成功的丙烯酸改性水性聚氨酯分散液，其成膜后具有很好的耐盐雾性和极好的硬度和机械性能。 

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是： 

一种金属涂料用丙烯酸改性水性聚氨酯分散液的制备方法，按如下步骤进行： 

1.将异佛尔酮二异氰酸酯、聚醚多元醇和聚酯多元醇混合均匀，在辛酸亚锡的催化作用下，于80℃-95℃下反应1-3小时，得到白色粘稠的聚氨酯预聚体。 

2.往预聚体中加入小分子扩链剂和亲水单体，80℃-85℃下扩链0.5-1小时，用丙烯酸羟乙酯对剩余的端-NCO进行封端后，加入中和剂中和成盐，加水乳化，制得水性聚氨酯分散液。 

3.往水性聚氨酯分散液中加入引发剂、乳化剂及其它丙烯酸单体，85℃-100℃下自由基聚合3h-5h，即得到丙烯酸改性水性聚氨酯分散液。 

步骤1中所述的聚醚多元醇可以为聚乙二醇、聚丙三醇、聚四氢呋喃中的一种或几种；所述的聚酯多元醇可以为聚碳酸酯二醇、聚己二酸乙二醇酯二醇、聚己内酯二醇中的一种或几种。 

步骤1中所述的异佛尔酮二异氰酸酯、聚醚多元醇和聚酯多元醇的摩尔比为1.0:0.1-0.4:0-0.4。所述的催化剂辛酸亚锡的加入量占总有效分质量的0.06%-0.15%；所述的亲水单体、小分子扩链剂与异佛尔酮二异氰酸酯的摩尔比为1.0:1.0-2.0:4.0-6.0；所述的丙烯酸羟乙酯与异佛尔酮二异氰酸酯的摩尔比为1.0:1.0-4.0。 

步骤2中所述的小分子扩链剂可以为二羟基化合物或多羟基化合物；其中，所述的二羟基化合物可以为乙二醇、1,4-丁二醇，1,6-己二醇中的一种或几种；所述的多羟基化合物可以为三羟甲基丙烷或蓖麻油。 

步骤2中所述的亲水单体可以为二羟甲基丙酸或二羟甲基丁酸。 

步骤2中所述的中和剂为三乙胺或二甲基乙醇胺；中和剂的加入量可用中和 度表示，一般中和度可以在80%-120%之间，优选为90%-100%，即中和剂与亲水单体的摩尔比为0.8-1.2:1.0，优选为0.9-1.0:1.0；所述中和成盐的中和反应条件为50℃-60℃下中和反应20-30min。 

步骤2中所述的加水乳化，加入蒸馏水的量一般占总体系质量的40%-70%，优选为50%-60%。