[发明专利]水性丙烯酸酯-聚氨酯树脂乳液及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于水性涂料的聚合物乳液，尤其涉及一种水性丙烯酸酯—聚氨酯树脂乳液，将该乳液制成水性涂料用于汽车内饰件的涂层。

背景技术

目前市场上销售的汽车内饰件涂层材料，主要是溶剂型涂料，其可挥发的有机化合物(VOC)含量高，所用溶剂也主要己二甲苯、甲苯和丁醇等溶剂为主，具有一定的毒性。这些溶剂在生产过程中散发出来会造成环境污染，残留在漆膜中则对人的身体健康造成极大的伤害，尤其在汽车这样一个封闭的环境中。随着国内外市场对环保要求的越来越严格，今后污染环境、危害施工人员身体健康的溶剂型涂料的应用将受到越来越多的限制和制约，这将给水性涂料良好的发展空间，特别是国内外环保法规及政策大大推动了涂料的水性化进程。目前国内外科研院校及各大生产企业都投入大量的人力物力进行水性涂料的研发，但对于汽车内饰件的水性丙烯酸酯-聚氨酯树脂乳液及水性涂料尚未见报道。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种水性丙烯酸酯—聚氨酯树脂乳液，是以聚氨酯树脂为核，丙烯酸树脂为壳的无皂核壳结构乳液，配方简单合理，具有水溶性，成膜后漆膜性能优异。

本发明的另一个目的在于提供一种水性丙烯酸酯—聚氨酯树脂乳液，以替代溶剂型涂料用于汽车内饰件的涂层上。

本发明的基本机理在于：核壳乳液聚合是一种乳胶粒的内侧(核)和外侧(壳)分别富集着不同高分子的复合微粒分散体系。由于核壳结构乳液通常是由性质不同的两种或多种单体在一定条件下按阶段聚合而得到的，因而可根据需要对乳胶粒子进行分子设计，以便得到一系列不同组成和不同形态的非均相乳胶粒子，从而赋于核壳各不相同的功能，得到不同性能的复合乳液聚合物。本发明通过合成水性聚氨酯预聚体，并引入亲水 性基团，加水分散得到自乳化水性聚氨酯乳液作为乳液反应的核，丙烯酸酯作为乳液聚合的壳来合成水性丙烯酸酯—聚氨酯树脂，并由其合成水性涂料。

本发明提供的水性丙烯酸酯—聚氨酯树脂乳液，由水性聚氨酯和丙烯酸单体经自由基聚合而成。

水性聚氨酯是由甲苯二异氰酸酯(TDI)在二丁基锡二月桂酸酯的作用下通过与聚丙二醇(PPG)、1，6-己二醇(HDO)、丙烯酸羟乙酯(HEA)和二羟甲基丙酸(DMPA)之三种单体经聚合得到的亲水性预聚体，然后加入中和剂乳化分散后得到的水性聚氨酯水分散体。其中，中和剂选自于氨水、三乙醇胺和单乙醇胺之一种或几种的组合。

丙烯酸单体是选自于丙烯酸丁酯(BA)、甲基丙烯酸甲酯(MMA)、丙烯酸羟乙酯(HEA)、甲基丙烯酸(MAA)、丙烯酸(AA)、丙烯酸-2-乙基己酯(2-EHA)、甲基丙烯酸异冰片酯(IBOMA)和甲基丙烯酸丁酯(BMA)之任意四种，以任意比例组合后的混合物。

一种本发明所述的水性丙烯酸酯—聚氨酯树脂乳液，由水性聚氨酯乳液和丙烯酸单体经乳液聚合而成。

另一种本发明所述的水性丙烯酸酯—聚氨酯树脂乳液，由固含量25-35％的水性聚氨酯乳液和丙烯酸单体经乳液聚合而成。

乳液聚合技术属于本领域普通技术人员应当具备的一般操作技能，也可以根据《涂料工艺(第三版)下册》(涂料工艺编委会编，化学工业出版社，1997年)一书的指导制备得到。

一种本发明所述的水性丙烯酸酯—聚氨酯树脂乳液的制备方法，包括如下步骤：

步骤一：水性聚氨酯的制备，向反应容器中加入单体PPG、HDO和DMPA真空干燥脱水，降温至80℃，加入N-甲基吡咯烷酮，搅拌至DMPA全部溶解，滴加TDI和丁酮(50/50，体积比)混和液，之后，向其中加入二正丁基锡二月桂酸酯，持续搅拌反应2h以上冷却至60℃，加入对苯二酚和HEA，保温反应2h以上；加入乙醇，反应1h加入中和剂0.5h；加入水，高速分散后，旋出丁酮，得半透明水性聚氨酯乳液，固含量25-35％。

步骤二：水性丙烯酸酯—聚氨酯树脂乳液的制备，取步骤一制得的水性聚氨酯乳液于反应容器中，取30％丙烯酸单体加入反应容器，升温至85℃搅拌，取20％的5％过硫 酸钾溶液加入反应容器，搅拌聚合1h；然后滴加剩余单体和引发剂溶液，滴加完毕后，在85℃继续反应1h，升温90℃，继续反应1h后，冷却至65℃，加入叔丁基过氧化氢(TBH)与雕白粉，反应半小时；降至室温，加中和剂调整pH值为8.0-8.5，400目网过滤，即得到水性丙烯酸-聚氨酯树脂乳液。

另一种本发明所述的水性丙烯酸酯—聚氨酯树脂乳液的制备方法，包括如下步骤：