[发明专利]一种有机硅改性羟基丙烯酸树脂水分散体的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于化工涂料领域，具体涉及一种用于水性双组分聚氨酯涂料的有机硅改性羟基丙烯酸树脂水分散体的制备方法。

背景技术

双组分水性聚氨酯涂料具有成膜温度低、附着力强、耐磨性好、硬度高以及耐化学品、耐侯性好等优越性能，VOC显著降低，性能优于或等同溶剂型双组分聚氨酯涂料。自20世纪90年代以来其发展十分迅速，较之溶剂型涂料，具有无气味、低VOC及改善的耐磨性等优点，成为发展最快的水性涂料品种。双组分水性聚氨酯涂料除了作为汽车涂料、卷材涂料、木器涂料及塑料涂料外，还可广泛用作交通设备、路桥工程、海洋工程设施、化工设备等防腐蚀涂料。

水性双组分聚氨酯涂料是由含NCO基的多异氰酸酯固化剂和含OH基的水性多元醇组成，其涂膜性能主要由水性多元醇的组成和结构决定。水性多元醇包括丙烯酸多元醇，聚酯多元醇，聚氨酯或醇酸多元醇，也可以是上述两种或更多的杂化混合物。丙烯酸多元醇具有相对分子质量低、羟基官能度高以及粒径小等优点，与异氰酸酯预聚物可制成色泽浅、保光保色性优、耐化学腐蚀、抗污染性能强，户外耐候性好的高装饰性涂料，也可制成外用防腐蚀装饰漆。水性双组分聚氨酯涂料常使用的水性羟基丙烯酸分散体分为一级分散体和二级分散体。一级分散体指的是含羟基的丙烯酸乳液，其主要是由丙烯酸单体经乳液聚合制得的，制得的乳液具有粒径大，不含溶剂，但是其对固化剂的分散能力差，施工期限短，涂膜的性能和外观不是很理想。丙烯酸二级分散体是指丙烯酸酯类单体经溶液聚合制得，除去大部分溶剂后进行中和成盐反应，最后分散于水中制得。和乳液聚合相比，丙烯酸二级分散体具有较小的粒径，与异氰酸酯固化剂相溶性好，交联后制得的漆膜有较高的光泽度和硬度。

虽然水性丙烯酸分散体与异氰酸酯反应制备得到的水性双组分聚氨酯涂料具有优异的成膜性、良好的保光性、粘接性、耐腐蚀性、卓越的机械性能。但其耐污性能，耐老化等性能还不够理想。通过聚酯、环氧、醇酸及聚氨酯对丙烯酸树脂改性是比较常用的方法，而通过有机硅对丙烯酸树脂进行改性则是有效提高其耐候性及耐污染性的新方法。由于有机硅结构中的Si-O键能（450kJ/mol）远大于C-C键能（345kJ/mol）和C-O键能（351kJ/mol），Si-O-Si键角大，Si-O键长，同时当有机硅氧烷的侧链为甲基基团且呈对称性螺旋型排列时，有机硅树脂的表面张力仅为21-22mN/m，低于一般聚丙烯酸树脂的表面张力35mN/m，能赋予涂膜优异的耐水、耐候和耐沾污等综合性能。用有机硅对丙烯酸树脂进行改性，可以结合二者的优越性能，发挥优势互补，使最终制备的聚氨酯涂膜具有优异的附着力、良好的耐水性、耐高低温性、耐老化性能和耐腐蚀性能，从而进一步扩大其应用范围。

目前有机硅改性羟基丙烯酸树脂的制备主要是通过乳液聚合制备的，这种制备方法制得的有机硅改性羟基丙烯酸乳液的粒子粒径范围为30-500nm，涂膜的外观一般较差、光泽度较差、鲜映性DOI较低。当然，人们也有尝试采用含乙烯基的硅氧烷单体和丙烯酸单体进行溶液聚合，制备的有机硅改性羟基丙烯酸二级水分散体，如侯有军等人在专利CN101974143中发明了一种有机硅改性环氧丙烯酸酯水分散体及其制备方法、将小分子氨基硅油和有机碱复配制成中和剂，对体系进行中和反应后成为树脂的一部分。闫福安等人在专利CN102134296中提供了一种经自由基溶液聚合制备的氟硅改性水溶性丙烯酸树脂水分散，该分散体和聚碳化二亚胺类交联剂交联固化后涂膜具有优异的耐水性、耐溶剂性和耐沾污性。由这些有机硅改性的羟基树脂或是水分散体和异氰酸酯或是氨基树脂反应后，涂膜具有较高的耐候性、耐热性、耐盐水性及耐盐雾性能。但是基于硅氧烷的水解问题，有机硅改性的分散体稳定性不是很好，容易发生分层及凝聚现象，限制了产品的应用。

发明内容

为克服有机硅改性羟基丙烯酸水分散体的稳定性不佳问题，提高水性双组分丙烯酸聚氨酯涂料的耐候性、耐水性、抗污染和防腐蚀性能。本发明提供了一种有机硅改性水性羟基丙烯酸水分散体的制备方法。该方法主要解决以往有机硅改性丙烯酸乳液存储稳定性差的问题，所制备的分散体的稳定性能明显提高。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种有机硅改性羟基丙烯酸树脂水分散体的制备方法，具体步骤为：