[发明专利]一种聚氨酯交联改性的丙烯酸酯弹性乳液及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种聚氨酯微交联改性的丙烯酸酯弹性乳液的制备方法，该乳液可以用于配制高装饰性内外墙弹性乳胶漆

背景技术

丙烯酸酯共聚物乳液成膜后具有高装饰性和成膜性，而聚氨酯具有高弹性、附着力和耐水性，将二者复合可以得到较高综合性能的聚合物水性乳液。很多人已经开展了聚氨酯改性丙烯酸酯乳液的研究工作，但是多是将两种水性乳液进行物理混合，二者相容性差，难以实现完美的复合。纪晨旭等报道了一种聚氨酯微交联的丙烯酸酯弹性乳液的制备方法(涂料工业，2010，40(7)：46-49)，是用分子量较高(1000以上)的聚醚二醇与甲苯二异氰酸酯(TDI)预聚合成出两端带有异氰酸酯基的聚氨酯预聚物，通过与丙烯酸羟乙酯封端制备大分子交联剂后，与丙烯酸酯等共聚得到聚氨酯微交联的弹性乳液，但是由于端羟基聚醚的分子量很大，所制备的大分子交联剂的分子量达到了1582，一个大分子中只含有四个氨酯键，当将其作为微交联剂参与共聚时，加入的大分子交联剂的质量分数在2％左右，否则容易破乳交联或者发生凝胶化反应，而使乳液聚合失败，而，此时，交联剂的摩尔分数只有0.15％左右，这样，引入共聚物中的氨酯键就极少，改性的效果并不明显。

发明内容

本发明克服现有聚氨酯微交联丙烯酸酯弹性乳液制备技术的不足，提供一种含有较多氨酯键的大分子交联剂的方法，并以其为交联剂通过乳液共聚合合成出了改性效果明显的聚氨酯微交联丙烯酸酯弹性乳液。

含有氨酯键的交联剂的制备方法为：

1、聚氨酯预聚物的合成

将小分子二元醇经过充分干燥后与二异氰酸酯在80℃左右进行预聚反应2-3小时，通过控制二异氰酸酯与二元醇的摩尔比，使二异氰酸酯过量，制备具有如下结构的端异氰酸酯预聚物。当二元醇与二异氰酸酯的摩尔比为1∶2时，n＝0；当二者的摩尔比为2∶3时，n＝1；当二者的摩尔比为3∶4时，n＝2，以此类推，这样可以在预聚物中引入多个氨酯键，本发明中控制n在1-4之间

2、聚氨酯交联大单体的制备

将以上得到的预聚物中加入与异氰酸酯基等摩尔的丙烯酸β-羟基乙酯，按照以下反应式于80℃进行封端反应3-4小时，就得到了两端含有双键的聚氨酯交联剂。

聚氨酯改性丙烯酸酯弹性乳液的制备方法：

将去离子水置于反应瓶中，加入单体总重量0.5％-2％的阴离子表面活性剂和1％-4％的非离子表面活性剂作为复合乳化剂，单体总重量0.2-1％的水溶性过硫酸盐引发剂，搅拌升温至60-90℃，将单体总重量1-4％的合成聚氨酯交联剂溶于丙烯酸系单体与需要量的甲基丙烯酸甲酯和丙烯酸混合单体中，于2-3小时内滴加到反应瓶中，再保温反应2-3小时，就得到了聚氨酯改性的丙烯酸酯弹性乳液。

具体的配方比例如下：

本发明所说的小分子二元醇选自乙二醇、1，4-丁二醇、1，6-己二醇、一缩二乙二醇、二缩三乙二醇、戊二醇、辛二醇、癸二醇中的一种，是两端含有羟基的二元醇。

本发明所说的二异氰酸酯包括2，4-甲苯二异氰酸酯(2，4-TDI)，2，4-甲苯二异氰酸酯/2，6-甲苯二异氰酸酯混合物，主要包括两种，一种是商品TDI(80/20)，一种是TDI(65/35)。其他还包括异弗尔酮二异氰酸酯(IPDI)、六亚甲基二异氰酸酯(HDI)，1，5-萘二异氰酸酯(NDI)。

本发明所说的丙烯酸系单体包括丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸异辛酯。

本发明所说的阴离子表面活性剂主要是十二烷基硫酸钠或者十二烷基苯磺酸钠，非离子表面活性剂选自烷基酚聚氧乙烯醚。

本发明所说的水溶性引发剂选自过硫酸钾、过硫酸铵。

具体实施方式

一、聚氨酯交联剂的制备实例

实施例1

将27g(0.3mol)1，4-丁二醇与69.6g(0.4mol)商品TDI(80/20)混合于反应瓶中，升温至40℃反应1小时，后升温至80℃反应2小时，冷却出料得到n为2的聚氨酯预聚物，所得预聚物的分子量为966g/mol，。

取以上制得的聚氨酯预聚物96.6g(端异氰酸酯基含量0.2mol)与21.2g丙烯酸β-羟基乙酯混合于反应瓶中，搅拌下升温至80℃进行封端反应3-4小时，就得到了两端含有双键的聚氨酯交联剂PUC-1。该交联剂的分子量为1178g/mol，含有氨酯键8个/mol。

实施例2