[发明专利]一种耐水、耐候的聚酯聚氨酯-聚丙烯酸酯水分散体及其制备方法

说明书

 

技术领域

    本发明涉及一种用于金属、塑料、木器等表面涂层的聚合物小分散体。

背景技术

金属、塑料、木器涂装用涂料受到环境因素的制约，逐渐趋向水性化，涂料水性化的关键在于成膜树脂的水性化。目前用于涂料的水性树脂有聚丙烯酸酯、聚氨酯水分散体、水性环氧、水性氟碳等，然而兼具装饰性与保护性的树脂主要为水性聚氨酯改性水性丙烯酸酯，现有的水性聚氨酯由于主链上含大量亲水性基团，耐水不理想，难以满足耐水、防腐等性能的要求。而纯粹的水性丙烯酸酯成膜亦有先天的缺陷，如当软化点较高时，成膜过程需要大量成膜助剂，且涂膜容易开裂；软化点过低时涂膜过软，一般不适用作外表面涂层用成膜树脂，而高、低低软化点的聚丙烯酸酯变脆，涂层硬度很难提升，况且依靠提高乳液的软化点提高硬度很有限，因为软化点设计越高，乳液的稳定性越差。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺陷而提供一种具有良好硬度、韧性、耐水、耐候的聚酯聚氨酯-聚丙烯酸酯水分散体，本发明同时还提供该耐水、耐候的聚酯聚氨酯-聚丙烯酸酯水分散体的制备方法。

本发明采用的技术方案是包括如下步骤：（1） 将重量比为1：1.5～3的二元醇和二元酸加入反应器中，再加入丁基锡酸催化剂，通入氮气，升温至80-150℃反应，然后在200-240℃条件下脱水，直至合成的聚酯的酸价≤3mgKOH/g、羟基占3.0~4.0%、有效固体份为100%、重均分子量≤2000为止；（2）在反应器中以合成的聚酯打底，加入丙酮溶解成重量固体份为45-55%的溶液，通入氮气，依次加入异氰酸酯、二羟基酸、带支链的多元醇、有机锡催化剂、以及扩链剂二甲基乙醇胺，控制异氰酸酯指数在1.5-2.5之间；再在60~90℃条件下反应3-4小时，待羟基完全消失后降温至40-60℃，然后加入有机胺中和分散于水中，最后减压蒸出丙酮，得到聚酯-聚氨酯水分散体；（3）用小分子乳化剂预乳化丙烯酸单体，预乳化丙烯酸单体总量为所述聚酯-聚氨酯的固体份的3-10倍，在反应器中用所述聚酯-聚氨酯水分散体打底，添加重量是聚酯-聚氨酯水分散体重量3-10倍的水，再加入小分子乳化剂、碳酸氢钠以及占过硫酸盐总量90-95%的过硫酸盐，然后在70~90℃条件下滴加用量相当于丙烯酸单体总量的10~30%的预乳化丙烯酸单体2~3小时，反应3-6小时后再用3~5小时滴加完剩余的丙烯酸单体，保温2~4小时；最后补加剩余的过硫酸盐继续反应，直至残留的丙烯酸单体的量小于或等于0.5%时，调节pH值至6-8即可。

本发明的有益效果是：

1、本发明的水分散体成膜后，涂层具有良好的硬度和韧性，硬度达到1~2H（中华铅笔），韧性可以到达1mm，同时亦具有极好的耐水性，在40℃水中240小时只是轻微变色。可以作为木器、金属、塑料表面涂装用成膜基料。

2、本发明是以水作为分散介质，在施工状态下，几乎不含任何可挥发的有机成分，节能、环境友好。

3、本发明中树脂主体用聚酯改性代替传统的聚醚改性，耐候性、装饰性良好，可以用于钢铁、ABS塑料、有机玻璃、木材等表面涂装用涂料的基料，作为户外涂料的成膜基料。

4、有机硅复合改性的自交联特征可进一步提升树脂成膜物的耐水特性。

具体实施方式

本发明聚酯聚氨酯-聚丙烯酸酯水分散体由聚酯-聚氨酯、聚丙烯酸酯和水三种组份组成，按重量比计：聚酯-聚氨酯占2.5~10%、聚丙烯酸酯占30~37.5%、水占60%。其中，聚酯-聚氨酯由聚酯、聚氨酯和水三种组份组成，按重量比计，聚酯占10~20%、聚氨酯占15~23%、水占57~65%。

 制备上述聚酯聚氨酯-聚丙烯酸酯水分散体时，首先合成聚酯，再利用聚酯做原料，利用丙酮结合水性聚氨酯水分散体，最后再利用改聚氨酯水分散体做内乳化剂，采用游离基聚合的方法合成具有互穿网络结构的聚酯聚氨酯-聚丙烯酸酯水分散体，具体制备方法如下：