[发明专利]一种聚氨酯改性丙烯酸乳液、制备方法及其制备的人造石

说明书

技术领域

本发明属于化学高分子、新材料领域，具体涉及一种聚氨酯改性丙烯酸乳液、其制备方法以及其制备的人造石。

背景技术

目前聚氨酯改性丙烯酸乳液，主要以互穿网络结构为主，自1960年Millar首次提出互穿聚合物网络(IPN)概念以来IPN已成为高分子材料科学中发展的新领域。互穿聚合物网络(interpenetrating polymer network, IPN)是一种多相组分的独特的聚合物合金，其组成至少有一类为交联结构，在分子水平上达到“强迫互溶”和“分子协同”的效果。通过IPN技术可使聚氨酯与丙烯酸酯这两种组分在材料中各自分别形成微相区，微相区彼此界面上存在着三维的“机械缠结”。由于有微相分离及“机械缠结”的存在，使得IPN改性材料的相关性能与共混复合物相比有了明显的提高。过渡区的结构对共混物的性能特别是力学性能有着决定性的影响。另外，Bontinck等人（Aqueous acrylic-polyurethane hybrid dispersion and their use in ndustria）将丙烯酸酯乳液和PU分散液共混后，加入交联剂，使两者形成IPN型结构，发现两者的相分离程度明显较直接共混的体系要低，其耐水、耐溶剂性及硬度较好，但透明度略差。

另外一种是核壳结构，20世纪70年代,Williams和Grancio根据Smith Ewart关于乳液聚合反应阶段Ⅱ的动力学理论,由苯乙烯种子乳液聚合动力学、形态和溶胀数据,最早在其文章中Estimation of morphology of composite polymer emulsion particles by soap titration method提出了核壳模型。随着“复合技术”在材料科学中的发展，80年代出现了“粒子设计”的新概念，即在不改变乳液单体组成的前提下改变乳液粒子结构，从而提高乳液性能。其主要内容包括异相结构的控制、异型粒子官能团在粒子内部或表面上的分布、粒径分布及粒子表面处理等内容。而制备异型结构粒子的最重要手段就是种子乳液聚合。控制聚合反应的条件，采用种子乳液聚合方法可以制备形态结构各异的乳胶粒。由于种子乳液聚合常常得到具有核壳结构乳胶粒的聚合物乳胶，所以也常将种子乳液聚合称为“核壳乳液聚合”。

即使在相同原料组成的情况下，具有核壳结构乳胶粒的聚合物乳液往往比一般聚合物具有更优异的性能，因此，从80年代以来，核壳乳液聚合一直受到人们的青睐，在核壳化工艺、乳胶粒形态测定、乳胶粒颗粒形态对聚合物性能的影响机理等方面取得许多进展。

制备这种高分子微粒的主要手段就是核壳乳液聚合，即由性质不同的两种或多种单体分子在一定条件下按阶段聚合，即种子乳液聚合或多阶段乳液聚合使颗粒内部和外测分别富集不同的成分，通过核和壳的不同组合，得到一系列不同形态的乳胶粒子，从而赋予核壳各不相同的功能。通过合成具有核壳结构的聚合物粒子可以获得性能优异的聚合物材料，因此，核壳乳液聚合一直受到人们的青睐。

张明月等在《交联型PUP．复合乳液的合成、表征与性能探究》中，通过逐步聚合法合成了乙烯基封端的水性聚氯酯乳液，然后以此为种子乳液，与MMA和BA共聚可以得到具有核壳结构的PUA复合乳液。随着交联剂用量的增加、乳胶膜的耐热、耐必、力学性能均得到明显的改善。当交联剂加入量为0.8％时，乳胶膜对水的接触角达96，拉伸强度达到12.5 MPa，胶膜综合性能最好。

CN01144663.3中报道了一种具有“核-壳”结构的互穿网络水性聚氨酯胶乳粘合剂。该方法采用LIPN技术和种子乳液聚合,制得具有PU/PA聚合物网络互穿的“核-壳”结构的丙烯酸改性聚氨酯粘合剂。 

人造石的制作目前主要使用粘结剂为聚酯树脂或亚克力树脂（聚甲基丙烯酸甲酯）。聚酯树脂由于制造过程中使用溶剂，做出的人造石会释放有害气体。而且亚克力树脂需要高温固化，能耗较大。 而且亚克力树脂的价格十分昂贵。亚克力树脂本身是易燃品，其热变形温度为96℃，最高连续使用温度为65～95℃。所以制造的人造大理石耐热性、阻燃性都不足。不饱和聚酯由于固化收缩率较大，加工定型性不好，热变形温度在50～60℃，耐热阻燃性都不理想。这些影响了人造石的广泛使用。

发明内容

本发明目的在于克服上述现有技术的不足之处，结合一般核壳结构与互穿网络的优点，合成具有高硬度，耐磨，耐候，耐水耐溶剂、透明度高、最低成膜温度低的聚氨酯改性丙烯酸乳液，其重均分子量338866，数均分子量229737。其含有如下质量配比的各成分：