[发明专利]一种聚氨酯-聚丙烯酸酯微乳液的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于高分子化学领域，具体涉及一种聚氨酯-聚丙烯酸酯微乳液的制备方法。

背景技术

聚氨酯-丙烯酸酯复合乳液因其既具有聚氨酯极好的耐低温性、耐磨性和耐腐蚀性，又具有聚丙烯酸酯优良的力学性能、耐候性和耐水性，已经在涂料、胶黏剂等多个领域得到广泛应用。

聚氨酯-丙烯酸酯复合乳液的研究始于八十年代初。聚氨酯-丙烯酸酯复合乳液的制备方法主要有共混法和共聚法。共混法包括物理共混法和化学共混法。物理共混法制得的聚氨酯-丙烯酸酯复合乳液因胶粒间存在一定程度的相分离导致二者相容性差，使得复合乳液性能低于共混理论值；而化学共混法制备聚氨酯-丙烯酸酯复合乳液的工艺复杂，生产过程极易影响共混乳液质量。共聚法主要包括种子乳液聚合法、互穿网络聚合法、细乳液聚合法、原位聚合法和溶液聚合转相法。

种子乳液聚合法先在有机溶剂中制备聚氨酯种子乳液，并以其作为种子继续进行乙烯基类单体的自由基聚合，从而制备聚氨酯-丙烯酸酯复合乳液。该法制备聚氨酯-丙烯酸酯复合乳液的生产工艺稳定、产品质量易于控制，但转化率低、膜性能低。

互穿网络聚合法先用传统的溶液法制备聚氨酯预聚体，然后使其自乳化形成种子乳液，再加入丙烯酸酯类单体进行自由基聚合制备具有互穿网络结构的聚氨酯-丙烯酸酯复合乳液。该法制备的聚氨酯-丙烯酸酯复合乳液因含有独特的互穿网络结构，具有较种子乳液聚合法制备的复合乳液更好的力学性能、耐水性、耐溶剂性、耐候性等性能。但是该法制备过程中要另加溶剂和脱溶剂等步骤，故制备过程麻烦，且使用了有机溶剂，污染工作环境，对环境不十分友好。

细乳液聚合法先将聚氨酯预聚体、丙烯酸单体的混合溶液和乳化剂、水溶性引发剂的水溶液两者通过机械搅拌预乳化，再通过高效均化进行细乳化，最后进行自由基聚合制得聚氨酯-丙烯酸酯复合乳液。该制备方法需要有机溶剂，同时使用大量乳化剂和助稳定剂，乳化剂对复合乳液的应用性能具有一定的不良影响。美国专利66380281、6369135和6384110利用该法制备了聚氨酯-丙烯酸酯复合乳液。专利CN 1597720A利用该法制备了聚氨酯-丙烯酸酯复合乳液。

原位聚合法以乙烯基单体为主要溶剂，先制备亲水型聚氨酯预聚体和乙烯基单体混合物，然后使其自乳化形成乳液，再在水分散液中进行乳液聚合，制得聚氨酯-丙烯酸酯复合乳液。该制备工艺较少使用或不使用有机溶剂，成本较低，但有时工艺难控制，在分散和乳液聚合阶段容易出现凝胶。专利CN 1556145A利用该法制备了阴离子型聚氨酯-丙烯酸酯复合乳液。

溶液聚合转相法是近年来开发出的制备聚氨酯-丙烯酸酯复合乳液的新方法。先在有机溶剂中同时进行聚氨酯和聚丙烯酸酯的聚合，再通过中和、水分散、脱除有机溶剂制备聚氨酯-丙烯酸酯复合乳液。

发明内容

本发明的目的在于提供一种阳离子型无有机溶剂无乳化剂的聚氨酯-聚丙烯酸酯微乳液的制备方法。本发明彻底摒弃了传统水性聚氨酯中所添加的有机助溶剂，达到其真正意义的环境友好性；且制备过程中无需添加乳化剂，所制产品颗粒粒径处于纳米级，性能优良，通过配方调整，其既可用于水性涂层，亦可用于胶黏剂领域。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

1)按质量份数向干燥反应器中加入5～30份的聚合物多元醇，并于110～120℃真空脱气1～2小时，然后通入氮气，降温至50～80℃；

2)在50～80℃依次向聚合多元醇中加入5～30份的乙烯基单体、2～20份的异氰酸酯类单体，反应1～5小时；

所述的乙烯基单体为是(甲基)丙烯酸甲酯、(甲基)丙烯酸乙酯、(甲基)丙烯酸丁酯、(甲基)丙烯酸己酯、(甲基)丙烯酸十八酯、(甲基)丙烯酸羟乙酯和(甲基)丙烯酸羟丙酯中的一种或两种任意配比的混合物；

3)再向其中加入0.5～8份的阳离子型亲水扩链剂N-甲基二乙醇胺和0.005～0.4份的催化剂，继续在50～80℃保温反应1～4小时；

4)之后将体系温度冷却至20～50℃，再加入0.4～10份的酸类成盐剂、25～400份的水和0.5～10份是不饱和烯类单体、含硅氧烷基团的烯类单体或环氧化合物类单体，半小时后升温至60～90℃，最后加入0.1～4份的引发剂，继续保温反应2～8小时至无丙烯酸酯类单体气味结束反应，制得黄色半透明聚氨酯-聚丙烯酸酯微乳液。