[发明专利]一种塑料用水性树脂及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于涂料化工技术领域，具体涉及一种对塑料基材具有优异附着力的塑料用水性树脂及其制备方法和应用。

背景技术

塑料产品自发明以来，以其与其他材料相比具有的低密度，轻质量，在工业生产中得到了越来越广泛的应用。例如在汽车工业中，车辆设计的轻质化有助于降低单位能耗，因而越来越多的组件被各种塑料取代，如聚丙烯，ABS，聚碳酸酯等。又比如在家电和3C产业中，塑料件已经占据了很大的比例，有的可以达到80％以上。目前各类塑料的工业涂装从底漆到面漆基本都是用溶剂型涂料，在生产和施工中溶剂挥发量大，不但危害了操作和施工人员的健康，其挥发性有机物的排放还带来了极大的环保问题。因此开发水性塑料用树脂为当务之急。与传统的溶剂型涂料相比，水性树脂及涂料是以水为分散介质，具有不燃、低毒、低成本、易清洗等优点，节约了资源与能源。

美国专利US2007059530-A1提供了一种消费电子市场塑料基材用的多组分水性树脂，该水性树脂包含水性脂肪族聚碳酸酯-聚氨酯分散液，丙烯酸多元醇树脂分散液和带有功能基团的能同时和前两种树脂交联的第三组分；此树脂的VOC含量很低，能形成对多种塑料基材有良好的附着力，良好的耐湿气和硬度的涂膜，但涂层对低极性塑料基材附着力差。美国专利US6184281-B2的方法制备了一种金属离子交联的塑料基材用涂膜，它包括胺中和的多羧基水基分散树脂和提供交联点的复合锌铵盐，涂膜具有良好的柔韧性、高光、耐湿气等优点，主要用于高极性塑料基材的外保护。中国发明专利CN200610026688.6和中国发明专利CN200610026686.7报道了一种采用水性纳米复合聚酯树脂制备的水性聚氨酯涂层和水性聚酯-氨基树脂涂层材料，可用于塑料表面涂层，但难于用在低极性塑料表面。中国发明专利CN101006147A报道了一种组合的水性底漆，它由改性聚烯烃的水分散体、水溶性或水分散体的多元醇树脂和颜料组成，此三组分的底漆组合物对塑料模制品粘合性好，耐水性和耐溶剂性能优异，但其基体树脂为两种不同树脂的分散体的组合，两种不同的工艺路线增加了其操作的复杂性，增加了成本。发明专利CN101376684A报道了在改性聚烯烃分散体的基础上进行乳液聚合，并配制涂料，形成对塑料基材附着力优良的水性涂料。其改性聚合分两步进行，增加了操作成本，并且乳液聚合的聚合性不饱和单体局限在烯类的自由基聚合单体，其应用具有局限性。

发明内容

本发明的目的在于提出一种制备工艺简单、贮存稳定性好、硬度高、适应性强、对多种塑料具有良好附着性能及耐水性的塑料用水性树脂。

本发明的另一个目的在于提出上述塑料用水性树脂的制备方法。该水性树脂是利用具有微相分离的亲水-疏水聚合物溶液加水“相反转”方法直接制得的。更进一步说，是以亲水性单体、共聚单体和分子量1000-200,000的疏水性聚合物为原料，采用溶液自由基聚合方法或加聚反应或缩聚方法获得具有微相分离结构的亲水-疏水聚合物溶液，并且该亲水-疏水聚合物能够在添加或者不添加中和剂的情况下，稳定地分散在水中。

本发明的再一个目的在于提出上述水性树脂的应用范围及其应用方法。

本发明所提出的塑料用水性树脂，是以亲水性单体、共聚单体和分子量1000-200,000的疏水性聚合物为原料，以自由基聚合反应或加成聚合反应或缩聚反应的方法制得亲水-疏水聚合物溶液，该聚合物溶液具有微相分离的结构，并可稳定分散在水中，其中，由带有可离子化亲水基团的亲水性单体制备的亲水-疏水聚合物溶液，在其中加入水性中和剂使亲水性聚合物离子化，再加水分散形成水性树脂；由具有非离子型亲水基团的亲水性单体制备的亲水-疏水聚合物溶液，可以直接将其分散到水中。

本发明所提出的塑料用水性树脂，其中亲水-疏水聚合物的玻璃化转变温度为-20-150℃，亲水-疏水聚合物溶液的固含量为30-85wt％，水性树脂的固含量为10-60wt％。

本发明所提出的水性树脂对塑料基材如PVC、Epoxy、ABS、PC、PS、HIPS、POM、PP、PE等具有良好的附着力。

本发明所述亲水-疏水聚合物的玻璃化转变温度优选为0-100℃。

本发明所述亲水-疏水聚合物具有微相分离结构，其亲水或疏水的相分离微区的尺寸小于10μm。

本发明所述亲水-疏水聚合物其亲水或疏水的相分离微区的尺寸优选小于2μm。

本发明所述亲水性单体选自可离子化的亲水单体，或者是带有非离子型亲水基团的亲水单体。