[发明专利]高柔韧性水性丙烯酸聚氨酯弹性树脂及其涂料

说明书

技术领域

本发明涉及一种高柔韧性水性丙烯酸树脂，尤其涉及一种高柔韧性水性丙烯酸聚氨酯弹性树脂，及以其为主要成膜物的涂料。

背景技术

丙烯酸类涂料具有色浅、保色、保光、耐候、耐腐蚀和耐污染等优点。水性丙烯酸类涂料具有价格低、使用安全、节省资源和能源、减少环境污染和公害等优点，已成为当前涂料工业的主要研究和发展方向之一。在弹性塑料领域，需要涂料具有极高的柔韧性以满足其较大程度的弯折韧性，但同时需要保证一定的强度，由于单组份的水性丙烯酸树脂存在耐溶剂能力较差和低温下变脆等缺陷，因此单组份水性丙烯酸树脂在这方面的应用受到了诸多限制。为解决这些缺陷，对水性丙烯酸树脂进行改性越来越得到人们的重视。

目前丙烯酸树脂的改性技术主要有：1）物理方法，即共混法，将丙烯酸树脂与另一组分的树脂通过搅拌混合，所得的混合树脂能表现出两者的综合性能。但是这种方法由于没有进行化学接枝，树脂改性的程度有限。2）化学方法，此方法又可分为混合法和杂化法。杂化法，是在树脂合成过程中将两组分进行化学接枝，这种方法操作复杂但接枝程度高，得到的树脂性能优秀，也广泛应用于多种涂料领域。混合法，是将带有反应基团的丙烯酸树脂与另一种带有反应基团的树脂混合，通过两种活性基团反应接枝，提高了树脂的综合性能。此方法工艺简单，用途较广且化学接枝率较高。

中国发明专利申请201110210844.5公开了一种互穿网络丙烯酸聚氨酯乳液的制备方法，以丙烯酸单体作为溶剂，将聚氨酯、甲苯二异氰酸酯TDI、聚醚和催化剂溶于丙烯酸单体中进行充分反应，再加入乳化剂、中和剂和去离子水进行进一步反应，从而形成互穿网络丙烯酸聚氨酯乳液。该技术能够提高聚丙烯酸酯（PA）乳液和聚氨酯（PU）乳液的相容性，从而使这两种聚合物的分子间各自交联、相互渗透，提高所制备丙烯酸聚氨酯乳液成膜后的物化性能和装饰性能。但此方法操作比较复杂，真正产业化生产较难。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种高柔韧性水性丙烯酸聚氨酯弹性树脂，此树脂通过分子设计及改性具有极高的柔韧性，再配以合适的固化剂能在低温下实现固化。

本发明的另一个目的在于提供一种用于弹性塑料表面的涂料，以高柔韧性水性丙烯酸聚氨酯弹性树脂为主要成膜物，提高涂料的柔韧性及耐腐蚀性。

丙烯酸类单体的玻璃化温度（Tg）是影响树脂柔韧性的关键指标，是树脂能否自由伸展的关键因素，玻璃化温度越低，树脂柔韧性越好；丙烯酸长链单体由于支链有较长碳链，使得树脂的缠绕伸缩能力更强，也能进一步提高整体树脂的柔韧性。

由于硅原子与碳原子之间的共价键键能高，有极高的耐腐蚀性及耐候性，且有机硅树脂能形成空间网状结构，提高了树脂整体的强度。

本发明通过对丙烯酸类单体的Tg进行特殊设计，先以丙烯酸短链单体、丙烯酸长链单体和羟基单体与有机硅单体以自由基聚合技术得到Tg极低的高柔韧性水性丙烯酸树脂，然后再与多异氰酸酯固化剂复配交联得到高柔韧性水性丙烯酸聚氨酯弹性树脂。

本发明提供的各种高柔韧性水性丙烯酸聚氨酯弹性体树脂的Tg范围为-40℃--20℃，属于本发明所称的Tg极低的树脂。

制取本发明高柔韧性水性丙烯酸树脂的自由基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）》（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。引发剂为实现自由基聚合反应而应用，本领域技术人员根据教科书或实验手册的指导就能够实现对适合反应的引发剂种类和用量进行选择，如：但不仅限于偶氮二异丁腈（AIBN）、偶氮二异庚腈、过氧化苯甲酰（BPO）、过氧化二月桂酰、过氧化-2-乙基己酸叔丁酯、过氧化-2-乙基己酸叔戊酯、过氧乙酸叔丁酯、过氧化苯甲酸叔丁酯（TBPB）、过氧化-3,5,5-三甲基己酸叔丁酯、叔丁基过氧化氢（TBHP）、异丙苯过氧化氢、二叔丁基过氧化物（DTBP）、过碳酸二环己酯和过碳酸二（2-乙基己酯）之一种或几种。

本发明中，各种丙烯酸短链单体应理解为丙烯酸及其与C1-C6单元醇所成酯组成的一组丙烯酸类单体如：但不仅限于甲基丙烯酸甲酯（MMA）、甲基丙烯酸丁酯（BMA）、丙烯酸丁酯（BA）、甲基丙烯酸和丙烯酸（AA）。其以两种或两种以上的方式应用于本发明，总量为40wt%-54wt%。

本发明中，各种丙烯酸长链单体，即丙烯酸与C10-C20单元醇形成的丙烯酸酯如：但不仅限于丙烯酸十二醇酯（LMA）、丙烯酸十六醇酯和丙烯酸十八醇酯等，这些丙烯酸长链单体的用量为5wt%-10wt%，以单独或几种组合的形式应用于本发明。