[发明专利]一种丙烯酸改性的水性聚氨酯及其制备方法和用途

说明书

技术领域

本发明涉及高分子材料领域，尤其涉及一种丙烯酸改性的水性聚氨酯及其制备方法和用途。

背景技术

聚氨酯(polyurethane，PU)是由多异氰酸酯和聚醚多元醇或聚酯多元醇或/及小分子多元醇、多元胺、水等扩链剂或交联剂等原料制成的聚合物。通过改变原料种类及组成，可以大幅度地改变产品形态及其性能，得到从柔软到坚硬的最终产品。聚氨酯制品广泛应用于汽车制造、冰箱制造、交通运输、土木建筑、鞋类、合成革、织物、机电、石油化工、矿山机械、航空、医疗、农业等许多领域。

目前聚氨酯材料有溶剂型和水溶型两类。一般来说，溶剂型聚氨酯是以丙酮、丁酮、甲苯等为主要溶剂通过溶液聚合而成，这些溶剂都是有毒溶剂，因此溶剂型聚氨酯在生产和使用过程中污染环境，安全系数低，对人的身体健康有很大的危害。随着社会进步和科学技术的发展，人们的环保意识不断的增强，研制高质量、无污染的环保型聚氨酯已成为发展趋势。

丙烯酸改性的水性聚氨酯是用丙烯酸酯对聚氨酯进行改性，以水代替有机溶剂作为分散介质得到的水性聚氨酯，具有无毒、环保、廉价等优点，越来越受到人们的重视。水性聚氨酯不仅具有溶剂型聚氨酯所具有的耐寒、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，此外，水性聚氨酯的耐水性、耐热性以及力学性能也有较大提高。

现有丙烯酸改性的水性聚氨酯作为表面功能涂层中应用广泛，具有保护和上色功能，但是其硬度低，无光泽。

发明内容

有鉴于此，有必要针对上述的问题，提供一种丙烯酸改性的水性聚氨酯及其制备方法和用途。

一种丙烯酸改性的水性聚氨酯，其原料包含下述质量百分含量的下述组分：

优选地，所述丙烯酸改性的水性聚氨酯，其原料包含下述质量百分含量的下述组分：

优选地，所述含双键的聚酯多元醇的数均分子量为400-1000，所述饱和聚酯多元醇的数均分子量为1000-4000。

更优选地，所述含双键的聚酯多元醇的数均分子量为800，所述饱和聚酯多元醇的数均分子量为2000。

优选地，所述丙烯酸酯单体选自丙烯酸正丁酯、丙烯酸甲酯、丙烯酸异丁酯、丙烯酸羟丙酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸正丙酯和甲基丙烯酸月桂酸酯中的多种。

优选地，丙烯酸酯单体中软单体与硬单体的之比为1：1-1：4。

优选地，所述丙烯酸酯单体中各单体在原料中的质量百分含量如下：

更优选地，所述丙烯酸酯单体中各单体在原料中的质量百分含量如下：

优选地，所述异氰酸酯为异氟尔酮二异氰酸酯或甲苯二异氰酸酯。

优选地，所述催化剂为有机铋催化剂。

优选地，所述亲水扩链剂为二羟甲基丙酸或二羟甲基丁酸。

优选地，所述引发剂为过硫酸钾或偶氮二异丁腈。

优选地，所述交联剂为三羟甲基丙烷(TMP)。

优选地，所述阴离子反应型乳化剂为丙烯酰胺基异丙基磺胺酸钠。

上述丙烯酸改性水性聚氨酯的制备方法，包含以下步骤：

S1、将含双键的聚酯多元醇和饱和聚酯多元醇混合，在100-110℃抽真空2小时，得到多元醇混合物；

S2、向多元醇混合物中加入异氰酸酯和质量分数为0.005-0.05％的催化剂，78-84℃反应2小时，得到聚氨酯预聚物；

S3、向聚氨酯预聚物中加入亲水扩链剂溶液和质量分数为0.005-0.05％催化剂，78-84℃反应至NCO含量2.8-3.6g/100g，降温到60℃，再加入胺进行中和反应，之后加入水、交联剂和乙二胺进行自乳化得到聚氨酯中间体；所述亲水扩链剂溶液由N,N-二甲基甲酰胺溶解亲水扩链剂配制而成；

S4、向聚氨酯中间体中加入质量分数0.05-0.3％的引发剂，升温至75-85℃，滴加丙烯酸酯单体乳液进行接枝反应，滴加过程控制温度为70-85℃，4-6小时滴加完毕；之后补加质量分数0.03-1％的引发剂，在70-85℃反应1-2小时，得到丙烯酸改性的水性聚氨酯；所述丙烯酸酯单体乳液由阴离子反应型乳化剂乳化丙烯酸酯单体而成。

优选地，丙烯酸改性的水性聚氨酯的固含为30-50％，粘度为400-1500cps，单组份硬度为1HB以上。

所述丙烯酸改性的水性聚氨酯作为表面功能涂层树脂的用途。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：