[发明专利]一种氧化自交联型水性丙烯酸聚氨酯分散体及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及化工涂料行业，具体地说，涉及一种水性木器涂料的制备，也就是一种氧化自交联型水性丙烯酸聚氨酯分散体的制备方法，该氧化自交联型水性丙烯酸聚氨酯分散体可以用来制备水性木器涂料。 

背景技术

随着人们环保意识的增强，以及室内装饰装修材料有害物质限量标准日趋严格、加之室内空气质量国标相继出台，挥发性有机化合物（VOC）含量高的溶剂型木器涂料受到前所未有的挑战。水性聚氨酯木器涂料具有良好的低温成膜性，耐高温回粘性，优异的物理机械性能（如硬度、附着力、柔韧性、耐磨性）和良好的耐化学药品性及耐久性，低VOC排放，涂膜丰满，因此具有广阔的应用前景，是目前水性木器涂料研发的一个热点和重点。 

作为制备水性聚氨酯木器涂料的主要成膜物质的水性聚氨酯分散体，它的制备方法通常有强制乳化法和自乳化法。强制乳化法是将聚氨酯预聚物缓慢加入到含有乳化剂的水中，形成粒径较粗的乳胶粒，再送入均化器中均化，形成粒径较细的乳液。该方法制备的水性聚氨酯分散体稳定性较差。目前水性聚氨酯分散体的制备多采用自乳化法，即在聚氨酯聚合物链上引入适量的亲水基团，经中和成盐，自发分散于水中而形成水性聚氨酯分散体。自乳化法又可分为：丙酮法、熔融分散法、预聚体法和酮亚胺法等，其中丙酮法和预聚体法较为成熟。丙酮法的扩链反应在均相体系中进行，易于控制，重复性好，乳液质量高，适应性广。由于丙酮法生产工艺较简单，目前国内水性聚氨酯分散体的生产基本都采用此法。此法存在的缺点是丙酮回收时易挥发，有着火危险，回收的丙酮溶剂难以再利用，而且生产效率低、能耗大、成本较高。预聚体法则是先制备含亲水基团并带有-NCO端基的预聚物，在水中分散后，利用二元胺进行扩链。此方法的优点是工艺简单，无需使用大量的有机溶剂，减少溶剂回收和处理工序，节省能源，降低成本，可制备有支化度的水性聚氨酯分散体；缺点是产品质量不如丙酮法合成的 水性聚氨酯分散体稳定。 

水性聚氨酯分散体以水为分散介质，具有不燃、无游离异氰酸酯单体、气味小、不污染环境、室温成膜、施工方便等优点。但水性聚氨酯分散体的固含量低、涂膜的耐水性差、耐化学品性和耐溶剂性不良、硬度较低、成本高等问题一直是限制其发展的主要原因。因此，有必要对其进行改性。 

丙烯酸树脂具有快干性、高硬度和优异的耐候性，将其与水性聚氨酯分散体两者有机结合，可制得综合性能优良的水性丙烯酸聚氨酯分散体。起初人们采取物理共混的方法，该方法简单易行，成本低，但由于在水相和涂膜中存在聚氨酯与丙烯酸树脂的两相分离，随着丙烯酸树脂添加量的增加，涂膜的耐磨性和抗冲击强度急剧下降，体系相容性变差，改性效果并不理想，并且由于仅是简单的物理共混，它们各自的优点不能充分地体现，于是人们开始探索化学接枝的方法。利用化学接枝技术将丙烯酸接枝到聚氨酯链上，合成的水性丙烯酸聚氨酯分散体，由于丙烯酸聚合物的引入，大大提高了分散体成膜后的硬度，解决了低温成膜性和膜硬度的矛盾，并使涂膜具有抗粘连、耐磨、弹性好，冲击强度高、手感好的特点，也可避免丙烯酸树脂与聚氨酯分散体物理共混时相容性差的问题。 

同时，为了进一步提高水性丙烯酸聚氨酯分散体的机械性能和耐化学品性能，可以对丙烯酸聚氨酯分散体进行交联改性。通过交联改性，形成网络结构后，可以提高分子量，封闭亲水基团，使其耐水性、耐溶剂性能大幅提高，降低涂层对温度的敏感性。不饱和脂肪酸是一类重要的可再生资源，其分子链中含有不饱和碳碳双键，可进行氧化交联，提高树脂的性能，是天然的交联剂；同时，长链非极性的脂肪酸链能使涂膜具有良好的疏水作用，而且能赋予涂层良好的柔韧性、耐挠曲性以及耐寒性，能改善涂料的成膜性能和提高光泽。 

基于上面所述，本发明旨在采用与丙烯酸酯化学接枝的方法克服目前聚氨酯木器涂料的主要缺点。 

发明内容

为了克服目前水性聚氨酯分散体的干性慢、硬度低、耐水性差、耐化学品性不佳和成本高等诸多缺点，本发明采用与丙烯酸树脂进行化学接枝，并通过不饱和脂肪酸对其进行交联改性。目的是，通过化学接枝丙烯酸树脂，提高水性聚氨酯分散体的干性和硬度；通过引入不饱和脂肪酸的不饱和碳碳双键，使制备的水 性聚氨酯分散体具有自交联性，提高水性聚氨酯的交联密度，从而提高水性聚氨酯分散体的耐水性和耐化学品性，而且大大降低生产成本，使制备的水性聚氨酯分散体能满足水性木器涂料的性能要求。本发明人发现：