[发明专利]一种双组份UV固化水性聚氨酯乳液及其制备方法和应用

说明书

本申请属于紫外光固化水性涂料技术领域，尤其涉及一种双组份UV固化水性聚氨酯乳液及其制备方法和应用，其中，双组份UV固化水性聚氨酯乳液包括至少两种丙烯酸羟基酯封端的聚氨酯预聚物和小分子二元醇扩链的长链聚氨酯预聚物，至少两种丙烯酸羟基酯封端的聚氨酯预聚物在紫外光照下丙烯酸羟基酯发生交联反应，交联网络与线性聚氨酯构成半互穿网络结构，半互穿网络结构使得双组份UV固化水性聚氨酯涂膜同时具备优异的硬度、拉伸强度和断裂伸长率，解决了现有单一成膜组分的紫外光固化水性聚氨酯乳液成膜后，无法兼具韧性和强度的技术问题。

技术领域

本申请属于水性涂料技术领域，尤其涉及一种双组份UV固化水性聚氨酯乳液及其制备方法和应用。

背景技术

近年来，环境保护越来越受到世界各国的重视，目前世界各国均已制定严格的法律法规来规范涂料中有机挥发物的释放，与常规涂料相比，水性涂料不大规模使用有机溶剂，因此有机挥发物释放量少，满足环保要求。

现有的UV固化水性聚氨酯乳液仅含一种成膜组份，如单一成膜组份的紫外光固化水性聚氨酯乳液，该类紫外光固化水性聚氨酯乳液的制备方法通常为：聚醚二元醇或聚酯二元醇、二异氰酸酯和亲水单体在催化剂作用下反应，生成异氰酸酯基团封端的预聚体，再经过丙烯酸羟基酯封端、中和剂中和、去离子水乳化后，得到紫外光固化水性聚氨酯乳液。然而，该类紫外光固化水性聚氨酯乳液当体系类双键含量少时，其固化涂膜的交联密度低，固化涂膜呈现软、粘的状态，在性能方面，硬度、抗拉伸性、耐刮擦性、耐溶剂性能不理想；当体系里双键含量较高时，固化涂膜的双键交联密度高，固化涂膜呈现硬、脆的状态，虽然硬度、耐刮擦性、耐溶剂性较好，但柔韧性较差。

CN110615885A公开了一种紫外光固化水性聚氨酯乳液的制备方法：首先是二元醇和二异氰酸酯和亲水单体在催化剂作用下反应，得到中间体，经过小分子二元醇扩链，得到预聚体，再经过含有一个碳碳双键的丙烯酸羟基酯封端、中和、乳化，得到一种紫外光固化水性聚氨酯乳液。该发明的乳液固化膜的拉伸强度为6-16MPa，断裂伸长率为48％-80％，虽然固化膜拥有一定的柔韧性，但拉伸强度和断裂伸长率都较差，限制了乳液的应用范围。

CN106866912公开了一种紫外光固化水性聚氨酯的制备方法：先用二元醇、二异氰酸酯和亲水单体合成聚氨酯预聚体，然后用丙烯酸羟基酯进行部分封端，再经过中和、乳化等步骤，最后未封端的部分在乳化后用胺类扩链剂进行扩链。这一种改进方法所制备的乳液在形成涂层后，涂层柔韧性较好。

以上两份专利的制备方法，虽然在制备方法上有所创新，但乳液中都只含有一种成膜组份，均不能制备出兼顾韧性和强度的紫外光固化水性聚氨酯固化膜。

发明内容

有鉴于此，本申请提供了一种双组份UV固化水性聚氨酯乳液及其制备方法和应用，用于解决现有单一成膜组分的水性聚氨酯乳液成膜后，无法兼具韧性和强度的技术问题。

本申请第一方面提供了一种双组份UV固化水性聚氨酯乳液；所述乳液包括：至少两种丙烯酸羟基酯封端的聚氨酯预聚物和小分子二元醇扩链的长链聚氨酯预聚物。

优选的，所述至少两种丙烯酸羟基酯封端的聚氨酯预聚物中至少两种丙烯酸羟基酯为季戊四醇三丙烯酸酯和丙烯酸羟乙酯、甲基丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙酯、丙烯酸-2-羟乙基酯中的至少一种。

优选的，所述小分子二元醇扩链的聚氨酯预聚物中小分子二元醇为1,4-丁二醇、乙二醇、二乙二醇、戊二醇、1,2-丙二醇、1,3-丙二醇、二丙二醇、1,6-己二醇中的至少一种。

本申请第二方面提供了一种双组份UV固化水性聚氨酯乳液的制备方法，包括以下步骤：

步骤1、大分子二元醇、二异氰酸酯以及亲水单体在催化剂作用下反应，得到聚氨酯预聚物；

步骤2、至少两种丙烯酸羟基酯对第一部分所述聚氨酯预聚物进行封端，得到至少两种丙烯酸羟基酯封端的聚氨酯预聚物；