[发明专利]一种含交联及杂化结构的核壳型水性聚氨酯乳液的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于水性涂料/油墨/胶黏剂领域，具体涉及一种含交联及杂化结构的核壳型水性聚氨酯乳液的制备方法。

背景技术

自聚氨酯树脂问世以来，多以溶剂型应用于涂料、油墨及胶黏剂行业。现有聚氨酯涂料/油墨/胶黏剂存在诸多不足：如溶剂型聚氨酯涂料/油墨/胶黏剂体系中含有大量的有机溶剂污染环境、影响健康、生产成本高；单组份无溶剂型聚氨酯涂料/油墨/胶黏剂粘度高不利于施工；双组份聚氨酯涂料/油墨/胶黏剂的应用工艺复杂繁琐。上述几种聚氨酯体系也存在成膜后的耐温性差、硬度低、粘接强度和模量不高、外观不丰满等问题。

当前环境污染越来越严重，在人类环保意识日益增强的今天，对以水为介质的聚氨酯乳液的发展越来越受到重视，以水为溶剂，无毒、无污染，并且价格低廉。因此，水性聚氨酯乳液就成为聚氨酯工业发展的重要方向之一，可广泛应用于涂料、油墨、胶粘剂、织物涂层、皮革涂饰剂、纸张表面处理剂和纤维表面处理剂等。尽管市场上现在也有水性聚氨酯乳液，但多数仍然是用丙酮法或其他溶剂法合成的，产品后期虽然经过脱挥处理，却仍存在VOC超标的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术存在的不足而提供一种含交联及杂化结构的核壳型水性聚氨酯乳液的制备方法，本发明通过新的合成工艺，不使用丙酮等有机溶剂，也无需脱挥环节，得到完全以水为介质的聚氨酯乳液。

本发明为解决上述提出的问题所采用的技术方案为：

一种含交联及杂化结构的核壳型水性聚氨酯乳液的制备方法，包括以下步骤：

1)多元醇脱水：对多元醇进行脱水处理，得到不含水的多元醇；

2)聚氨酯树脂合成与扩链：向步骤1)所得不含水的多元醇中加入催化剂混合均匀，再加入多异氰酸酯搅拌均匀，再升温至50-80℃下反应，反应1-4小时后，向体系中加入扩链剂，并加入良溶剂或者可反应性单体继续反应3-5小时；本步骤所述可反应性单体为丙烯酸酯单体和或苯乙烯单体；

3)接枝并引入可交联结构：将经步骤2)扩链反应后的体系中加入羟基丙烯酸酯单体和阻聚剂，通过滴定法检测-NCO的转化率，当达到所需理论值时，即得到所需的水性聚氨酯树脂；

4)中和与分散：加入胺类中和剂中和步骤3)所得的水性聚氨酯树脂，调节pH在7-8之间，然后滴加含表面活性剂的水溶液，伴以充分搅拌，控制滴加的时间为30-60分钟，继而得到带蓝光的透明或半透明溶液；

5)杂化反应：往步骤4)所得的溶液体系中滴加含引发剂的水溶液，引发可反应性单体，控制滴加的时间为30-60分钟，在60-90℃下保温反应1-5小时，然后加入无水乙醇搅拌分散均匀，得到带有蓝光的半透明乳液，即为含交联及杂化结构的核壳型水性聚氨酯乳液。

上述各反应原料及助剂用量按重量百分数计，各组分配比为：多异氰酸酯7.0-16，多元醇10-19，丙烯酸酯3.5-8.5，苯乙烯4.5-7.5，羟基丙烯酸酯3.0-5.0，扩链剂0.5-3.5，催化剂0.05-1，阻聚剂0.07-1.5，胺类中和剂1.0-3.0，表面活性剂0.05-0.15，引发剂0.05-0.3，去离子水50-80，无水乙醇10-20，所述去离子水分别用于溶解表面活性剂和引发剂，配制表面活性剂水溶液和引发剂水溶液。

按上述方案，所述多元醇的数均分子量在500-5000之间，粘度在600-3000mPa.S(25℃)之间。所述多元醇包括聚酯多元醇、聚醚多元醇、植物油多元醇、松香酯多元醇及聚烯烃多元醇。更为具体地，所述多元醇为聚己二酸乙二醇内二醇酯(PDA)、聚己二酸乙二醇酯(PEA)、聚己二酸丁二醇酯二醇(PBA)、聚己内酯(PCL)、聚碳酸酯二元醇(PCDL)、聚四亚甲基醚二醇(PTMEG)、聚乙二醇(PEG)和聚醚多元醇(PPG)中的一种或几种按任意比例的混合物。尤以聚己内酯(PCL)与聚四亚甲基醚二醇(PTMEG)两种混合使用、聚己内酯(PCL)单独使用效果最佳。

按上述方案，所述步骤1)中的脱水处理是将一种或几种按任意比例的多元醇混合后，加热至50-80℃，然后抽真空至0.098-0.1MPa，升温至100-120℃保温2-3小时，所得产物密闭备用。

按上述方案，所述步骤2)中的催化剂包括叔胺类和有机金属类化合物；更为具体地，所述催化剂为三亚乙基二胺、双(二甲氨基乙基)醚、2-(2-二甲氨基-乙氧基)乙醇、辛酸亚锡、二月桂酸二丁基锡、羧酸钾、有机汞以及有机铅中一种。尤以辛酸亚锡、二月桂酸二丁基锡中的一种作为最佳选择。