[发明专利]一种无溶剂法制备水性丙烯酸改性聚氨酯树脂的工艺

说明书

本发明公开了一种无溶剂法制备水性丙烯酸改性聚氨酯树脂的工艺，该工艺通过将聚氨酯预聚体和丙烯酸的混合物缓慢滴加至水中形成乳胶粒，再添加引发剂进行聚合形成水性丙烯酸改性聚氨酯树脂，解决了传统工艺制备过程中因粘度大而加入有机溶剂进行分散的问题，具有VOC含量低的优点。

技术领域

本发明涉及一种制备水性丙烯酸改性聚氨酯树脂的工艺，尤其涉及一种无溶剂法制备水性丙烯酸改性聚氨酯树脂的工艺。

背景技术

溶剂型聚氨酯材料含有有毒溶剂，严重污染环境，危害人体健康。随着人类生活质量的提高，以及环保法规越来越严格，各种环保条例对挥发性有机化合物的排放量、有害溶剂的含量都有严格的限制。水性聚氨酯由于以水为分散介质，相比溶剂型聚氨酯，具有无毒、不易燃烧、不污染环境、节能、安全可靠等优点

目前合成水性聚氨酯树脂多采用丙酮法合成，其首先用聚醚或聚酯多元醇与二异氰酸酯反应，制备出端基为NCO的高粘度预聚物，加人适量丙酮、降低粘度，然后引入亲水基团扩链，再加溶剂降低粘度，反应结束后减压蒸馏除去溶剂得到聚氨酯乳液。这种方法的优点是工艺简单、反应易于控制、重复性好、乳液粒径范围大、生产质量好，但溶剂需回收且难以重复利用，生产成本高

综合水性聚氨酯的物理性能、耐化学品性、抗热回粘性和丙烯酸树脂的润湿性、颜填料的分散性等特点，可以通过化学接枝改性的方法，制备出丙烯酸改性水性聚氨酯树脂。在控制成本的同时，可以显著改善涂膜的耐性。专利CN107446457A公开了一种无溶剂法制备水性丙烯酸改性聚氨酯杂化树脂，通过使用聚氨酯预聚和丙烯酸单体共聚反应，然后通过乳液聚合制得树脂，但是由于接枝到聚氨酯主链上的双键较难聚合，实际合成过程中树脂产品渣含高，细度高，影响产品的应用，同时不使用溶剂直接加水分散，分散过程粘度高也会影响树脂细度和稳定性。

发明内容

本发明要解决的技术问题是如何在不添加有机溶剂进行分散的前提下，实现水性丙烯酸改性聚氨酯树脂的制备。

针对上述技术问题，本发明提出一种无溶剂法制备水性丙烯酸改性聚氨酯树脂的工艺，该工艺通过将聚氨酯预聚体和丙烯酸的混合物缓慢滴加至水中形成乳胶粒，再添加引发剂进行聚合形成水性丙烯酸改性聚氨酯树脂，解决了传统工艺制备过程中因粘度大而加入有机溶剂进行分散的问题，具有VOC含量低的优点。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种无溶剂法制备水性丙烯酸改性聚氨酯树脂的工艺，包括以下步骤：

1)将所有聚氨酯预聚体单体投入预聚反应釜中，在60～100℃下反应得到端异氰酸酯预聚体；体系降温至40～60℃后，加入丙烯酸及酯类单体、中和剂，得到混合物A；

2)将计量水加入到分散扩链釜，开启搅拌，然后将混合物A滴加至分散扩链釜中，滴加时间优选10～30min，控制釜内温度20～50℃，加入小分子量多元胺，得到混合物B；

3)将计量水和0～30％的混合物B加入到聚合釜中，开启搅拌，控制釜内温度70～90℃，然后开始同步滴加剩余的混合物B和水溶性引发剂，滴加时间控制在3～5h，滴加结束后保温20～90min；控制温度50～70℃，滴加氧化还原引发剂，滴加时间15～30min，降温过滤，即得水性丙烯酸改性聚氨酯树脂。

在一个优选的实施方案中，步骤1)中聚氨酯预聚体单体包括以下a、b、c、d、e五种组分：

a、一种或多种官能度为2～4的多元醇，并且当其中同时包含聚酯多元醇和聚醚多元醇时，所述聚酯多元醇和聚醚多元醇的质量比为0.1～10:1；优选地，所述多元醇包括但不限于聚四氢呋喃二醇、聚碳酸酯二元醇、聚己内酯二元醇、聚丙二醇、聚己二酸-1,4-丁二醇酯二醇、聚己二酸新戊二醇酯二醇、聚己二酸己二醇酯二醇、聚丙三醇中的一种或几种的组合；所述多元醇重均分子量为500～5000；