[发明专利]用来制备可交联聚氨酯/丙烯酸类杂合分散体的新方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用来制备可交联的聚氨酯/丙烯酸类(PUA)杂合分散体的新方法,具体来说，本发明涉及用来制备稳定的可交联PUA杂合分散体的化学杂合方法，以及通过该方法制备的可交联的PUA杂合分散体。

背景技术

近些年来，人们共同努力，力求减少在涂漆过程中排放的挥发性溶剂造成的大气污染。出于对环境问题的担忧，政府对挥发性有机化合物(VOC)制定了严格的规定。因此，涂料工业的一个主要目标是通过配制水基涂料组合物来尽可能减少有机溶剂的使用，并且所述水基涂料组合物能够提供平滑而高光泽度的外观，具有包括耐酸雨在内的良好的物理性质。虽然溶剂型涂料能够提供许多优点，例如快干、高硬度、高耐磨性、高防水性、高耐化学性和实惠的价格，但是水基涂料不可燃或者不易爆，因此具有环保方面的优点。所述水基涂料使用水作为体系的溶剂，不含有毒化学品。所述水基涂料不含挥发性有机化合物，或者仅含少量的挥发性有机化合物。

聚氨酯分散体(PUD)与表面涂料相关的独特优点在于，聚氨酯分散体(PUD)能够形成附着膜，并且能够通过控制聚合物链中软链段和硬链段的相对量来控制微相形貌。由于具有这些特征，使得PUD可以用于机械性质特别关键的很多种表面涂料应用。高耐磨性、极佳的韧性、弹性和低温下的高延伸性是常规的优点。但是，与常规的丙烯酸类乳液相比，PUD具有较高的原料成本，这限制了PUD在许多工业应用中的应用。为了克服这个问题，人们已经将聚氨酯分散体与其他的较为廉价的聚合物合并起来，以获得成本/性能的平衡，这是因为聚氨酯(PU)和聚丙烯酸酯(PA)的性质彼此互补。PU和PA的复合材料在膜的粘着性、成膜性、非粘连性、耐候性、伸长性和强度方面更为显著，并且具有极佳的成本-性能平衡。因此，自从开发出了PU，用PA对PU进行改良就一直是本领域一个活跃的研究课题。

可以通过两种方法，用PA来改良PU：物理法和化学法。物理法通过机械混合来实现。在物理法中，首先单独地制备PA和PU的水性分散体(乳液)，然后在机械作用下将这两种分散体混合起来。物理法是很方便的方法，可以很容易地控制最终产物的组成。但是，在此种掺混物中，由于两种组分之间的不相容，可能使得优良的性能特性受到降低。这种掺混的分散体可能存在不稳定的缺陷。

出于这些原因，化学改良技术目前具有重要的地位。化学法是通过丙烯酸酯的后聚合实现的。在化学法中，可以首先制备PU分散体,然后可以在所述PU分散体中使得丙烯酸酯和其他乙烯基单体聚合。在大多数情况下，采用芯-壳乳液聚合。使用PU颗粒作为种子颗粒，使得丙烯酸酯在PU颗粒内聚合，之所以这样做是由于丙烯酸酯的高疏水性。预计这些杂合分散体能够提供PA的优点和PU的优点，其中PA的优点包括例如极佳的耐候性，对颜料的亲合性，以及低成本，PU的优点包括例如更好的机械稳定性，极佳的粘着性，耐溶剂性和耐化学性，以及韧性。

Caideng Yuan的美国专利申请第2009/0111934A1号公开了用来制备PA改良的PU水性分散体的方法，该方法包括三个主要步骤:a)制备PA聚合物或共聚物分散体；b)制备包含羧基的PU预聚物，并对所述羧基进行中和处理；以及c)在剧烈搅拌或其他机械操作条件下，将PA分散体加入PU预聚物中，进行PU预聚物的分散和链增长。所得的杂合分散体可以通过PA颗粒上的乙酰乙酰氧基化合物和PU分散体颗粒上的胺基之间的反应而自交联。在PU分散体合成过程中使用以下溶剂：N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP,沸点202～204℃)。由于使用NMP带来了环保方面的问题。

美国公开第2004/0034146号公开了一种用来制备杂合PUA的复杂的无溶剂工艺。PU预聚物是不含NCO的，因此没有在水中的链增长步骤。PU预聚物可能会具有过高的粘度，因而无法良好地分散在水中。另外，使用二羟甲基丙酸(DMPA)作为含酸的二醇，以提供PUA分散体的水分散性。但是，DMPA难以完全溶解,因此最终的预聚物可能仍然会包含颗粒状的DMPA，反应不完全。

本发明人解决了反应体系不均一的问题，提供了用来制备PUA的方法，所述PUA具有极佳的机械性能，例如伸长性和抗张强度。该方法不含溶剂，平滑而坚固。本发明制备的PU预聚物具有低粘度，而且不含微粒状DMPA。

发明内容