[发明专利]一种蓖麻油/丙烯酸复合改性水性聚氨酯乳液及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于涂料技术领域，特别涉及一种蓖麻油/丙烯酸复合改性水性聚氨酯乳液及其制备方法。

背景技术

涂料工业是现代社会中VOC排放的第二大污染源。随着各国环保法规的完善和环保意识的增强，传统溶剂型涂料的发展越来越受到限制。水性聚氨酯因其以水作为分散介质，不含或含有少量有机溶剂，具有无毒、不易燃烧、不污染环境、安全可靠等优点，符合涂料工业的发展要求。

随着水性聚氨酯市场的不断推广，对聚氨酯的性能要求也越来越高。传统的水性聚氨酯具有涂膜耐水性差、光泽度低、丰满度较差和力学性能差的缺陷，已难以满足要求。对水性聚氨酯的改性越来越受到人们的重视，改性方法出现多样化，其中交联改性是目前研究最为广泛的一种方法，即在聚合物中引入功能性的成分，使其分子链产生交联，形成交联网状结构，以提高聚合物在耐水、耐热、耐溶剂及力学等方面的性能。

中国专利CN102786637公开一种复合改性的水性聚氨酯树脂及其制备方法，采用蓖麻油、环氧树脂、丙烯酸酯等复合改性，涂料在成膜过程中交联密度高，漆膜硬度高、光泽高、耐水性好、耐溶剂性好。但其预聚物粘度过大，导致乳化时分散困难、乳液粒径大。

中国专利CN101967222公开一种环氧化蓖麻油改性的水性聚氨酯的制备方法，采用环氧化改性的蓖麻油作为原料，解决了环氧改性水性聚氨酯时，普通环氧树脂(如E44、E51等)与异氰酸酯反应效率低，改性产物稳定性差的缺点，使产品的稳定性及耐水性都有了一定程度的提高。但环氧化蓖麻油制备工艺较复杂，产率较低，不适宜工业生产。

中国专利CN101280053公开一种由可再生型多元醇制备丙烯酸改性水性聚氨酯的方法，将聚氨酯预聚物与丙烯酸类单体混合乳化后，采用乳液聚合的方法制备出具有网络互穿结构的聚氨酯乳液，这种乳液具有高耐候性、耐化学性、耐水性的优点，但乳液粒径较大，储存稳定性差。

水性聚氨酯的主要原料，聚醚/聚酯多元醇来自石油等不可再生资源，随着全球石油资源紧缺、价格上涨等问题的日益严峻，寻找合适的石油资源的替代品已成为关系着国计民生的大问题。蓖麻油是含长链脂肪基的多羟基化合物，羟值为163mgKOH/g，不仅含有30％二官能度的物质，还含有70％三官能度的物质，其中三官能度的蓖麻油可以作为交联剂用以提高体系的交联度，二官能度蓖麻油可以替代部分大分子多元醇。蓖麻油作为天然的原材料，不仅来源丰富、价格低廉，用于替代大分子多元醇，可缓解石油资源的短缺，降低聚氨酯的成本，且其组分中的非极性长链脂肪酸可以赋予涂膜良好的柔韧性、耐水性、耐曲挠性以及耐寒性。

丙烯酸树脂是水性聚氨酯改性材料中最重要的一种，它将聚氨酯的韧性及弹性与丙烯酸酯的良好保色性、光稳定性、硬度及低成本综合在一起，可以弥补单一聚氨酯水分散体的缺点和单一丙烯酸水分散体热粘冷脆，柔韧性差，不耐溶剂的缺点。目前的研究大多采用乳液聚合的方法合成有网络互穿结构的聚氨酯乳液，但通常在自由基引发聚合的丙烯酸酯乳液中，聚合单体并不能完全参加反应，具有单体转化率低，乳液不稳定，放置易分层的缺点。

本发明选用一种羟基丙烯酸树脂对水性聚氨酯进行改性，这种羟基丙烯酸树脂是由聚苯乙烯-烯丙醇共聚所得的一种多元醇，这种结构可以使丙烯酸树脂与聚氨酯单体充分反应，从而提高树脂的交联度，另外其分子中含有大量苯基，还可以改善树脂的硬度，同时增加干燥速度，改善流平性和对底材的附着力。

发明内容

本发明旨在克服目前水性聚氨酯乳液的干燥时间长、耐水性差、耐化学品性不佳等诸多缺点，通过内交联法，提高漆膜的干性、硬度和耐水性，改善流平性和对底材的附着力，从而得到性能优良的水性聚氨酯乳液。

本发明的技术方案如下：一种蓖麻油/丙烯酸复合改性水性聚氨酯乳液，该复合改性水性聚氨酯乳液合成配方按重量百分比计，组成包括：8重量％～15重量％的二异氰酸酯单体；5重量％～16重量％的蓖麻油；4重量％～8重量％的大分子多元醇；0.1重量％～0.5重量％的多羟基丙烯酸树脂；1重量％～6重量％的小分子扩链剂；1重量％～5重量％的亲水性扩链剂；0.01重量％～0.1重量％的催化剂；3重量％～8重量％的助溶剂；0.4重量％～4.5重量％的中和剂；0.4重量％～3重量％的后扩链剂；57重量％～67重量％的去离子水。