[发明专利]自分散型UV光固化聚氨酯丙烯酸酯水性共聚物和制备方法及其制成的水乳液

说明书

技术领域

本发明属于水性涂料技术领域，特别涉及一种自分散型UV光固化聚氨酯丙烯酸酯水性共聚物和制备方法及其制备而成的水乳液。

背景技术

紫外光固化材料因具有快速固化、低污染与节能高效等优势，被广泛应用于金属、木材、塑料涂层、油墨印刷、织物印花、光纤涂层等方面。不饱和树脂是紫外光固化成膜的主要物质，决定着膜的主要性质。聚氨酯具有高粘结强度和剥离强度，优异的耐冲击、耐低温、耐油和耐磨性等方面优点，是应用最为广泛的紫外光固化树脂之一。近年来，由于环保法规的日益严格和人们环保意识的提高，溶剂型UV光固化聚氨酯的使用越来越受到限制，而环境友好型UV光固化聚氨酯水乳液中无有机溶剂，具有无毒、不易燃的特性，正在逐渐取代溶剂型UV光固化聚氨酯。然而，单一的UV光固化聚氨酯水乳液性能不佳，主要表现为对非极性基材润湿性差、粘结强度低、初粘力低等，不能满足多种领域的需要。为了改善UV光固化聚氨酯水乳液的性能、扩大UV光固化聚氨酯水乳液的应用领域，需对UV光固化聚氨酯水乳液进行改性。

采用丙烯酸酯对UV光固化聚氨酯水乳液进行改性是目前研究最广泛的方法之一。丙烯酸酯改性UV光固化聚氨酯水乳液的方法主要分为物理混合改性和化学改性。由于化学改性的明显优势，丙烯酸酯化学改性UV光固化聚氨酯水乳液成为研究热点。通过化学方法合成UV光固化聚氨酯丙烯酸酯水乳液，主要采取普通乳液聚合、核壳乳液聚合的方法，但是，反应过程中加入的乳化剂、分散剂等助剂，会在某种程度上降低水乳液的性能。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点与不足，本发明的首要目的在于提供一种自分散型UV光固化聚氨酯丙烯酸酯水性共聚物。

本发明另一目的在于提供一种上述自分散型UV光固化聚氨酯丙烯酸酯水性共聚物的制备方法。

本发明的再一目的在于提供一种由上述自分散型UV光固化聚氨酯丙烯酸酯水性共聚物制备而成的水乳液。

本发明的又一目的在于提供上述水乳液的制备方法。

本发明的目的通过下述方案实现：

一种自分散型UV光固化聚氨酯丙烯酸酯水性共聚物，该共聚物具有如下分子结构式：

其中，R₁表示H或CH₃，R₂表示中的一种，x为1～10之间的自然数，y为5～30之间的自然数，z为1～20之间的自然数，w为1～20之间的自然数，a为1～4之间，m为5～200之间的自然数，n为1～18之间的自然数。

上述的自分散型UV光固化聚氨酯丙烯酸酯水性共聚物的制备方法，按照以下操作步骤：

(1)聚氨酯预聚体的制备：加入除水的100重量份聚醚二元醇，升温至50～65℃，加入12～50重量份二异氰酸酯，搅拌混合均匀，升温至70～80℃，反应3～7h后即得到聚氨酯预聚体；

(2)丙烯酸酯预聚物溶液的制备：将60～90重量份的丙烯酸酯或甲基丙烯酸酯，5～10重量份的丙烯酸羟基酯或甲基丙烯酸羟基酯，5～30重量份的丙烯酸或甲基丙烯酸，溶剂100份，2～3重量份的引发剂，搅拌混合均匀，在80～100℃下反应10～15h后，加入0.5～2重量份的相转移催化剂和2～20重量份的丙烯酸缩水甘油酯或甲基丙烯酸缩水甘油酯，升温至102℃反应3～7小时，制得丙烯酸酯预聚物溶液；

(3)自分散型UV光固化聚氨酯丙烯酸酯水性共聚物的制备：将20～40重量份的聚氨酯预聚体，搅拌升温至40℃，加入80～120重量份的丙烯酸酯预聚物溶液和0.01～0.10重量份的催化剂，搅拌混合均匀后升温至60～70℃，反应2～7小时后得到聚氨酯丙烯酸酯水性聚合物溶液；使用旋转蒸发器除去聚氨酯丙烯酸酯水性共聚物溶液中的有机溶剂，即可得到自分散型UV光固化聚氨酯丙烯酸酯水性共聚物。

步骤(1)中所述的聚醚二元醇的分子量为300～10000；所述的二异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、苯二亚甲基二异氰酸酯、萘二异氰酸酯、甲基环己基二异氰酸酯、二环己基甲烷二异氰酸酯、己二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯中的一种以上，优选为二异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯或异佛尔酮二异氰酸酯

步骤(2)中所述的丙烯酸烷基酯为丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丙酯、丙烯酸异辛酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸十八酯、丙烯酸月桂酯、丙烯酸苄酯中的一种以上；