[发明专利]一种氟硅聚氨酯改性丙烯酸水性树脂及其制备方法

说明书

本发明涉及一种氟硅聚氨酯改性丙烯酸水性树脂及其制备方法，由多异氰酸酯、多元醇、六氟异丙醇、双羟烷基聚硅氧烷、异丁醇、低聚物多元醇、二羟甲基丙酸、丙烯酸单体通过聚合、中和反应制成；本发明从氟硅元素的低表面性能出发，把氟硅元素引入到聚氨酯树脂分子结构上，与丙烯酸单体通过自由基聚合制得一种多功能的水性树脂，在其成膜过程中，氟硅基团能自发的向涂膜表面迁移、富集，从而提高涂膜优异的附着力、疏水性、耐水性、耐腐蚀性、耐老化性、耐磨性和机械特性；广泛用于船舶、风能、雷达、高铁、工程机械、木器、瓷砖翻新中的钢结构、混凝土表面防腐、防水和防护。

技术领域

本发明涉及一种改性水性丙烯酸树脂，尤其涉及到一种氟硅聚氨酯改性丙烯酸水性树脂及其制备方法，属于合成树脂技术领域。

背景技术

20世纪60年代，国外开始了对水性丙烯酸树脂的研究，到了70年代已经取得了较快的发展，并且得到了初步的应用。到了80年代中期，水性丙烯酸树脂已经广泛应用于机械制件、汽车零件(如离合器)磷化膜的着色防腐和精饰方面，并开始进入建筑行业。我国对水性丙烯酸树脂的研究起步较晚，开始于20世纪70年代，从丙烯酸酯工业整体的技术来看，我国还较为落后，在生产设备、生产工艺技术等方面也有待提高和改善。近些年来，关于水性丙烯酸树脂的合成方法、树脂的结构、组成和反应条件对它的性能的影响等应用研究的报导在国内也越来越多。

丙烯酸树脂是指由丙烯酸酯类、甲基丙烯酸酯类和其他烯类单体共聚制成的树脂，通过选择不同的配方、树脂结构、生产工艺和溶剂组成，可以合成不同种类、性能和不同应用场所的丙烯酸树脂，常用的普通丙烯酸乳液存在成膜性差、光泽低、不耐溶剂及热粘冷脆等缺点。

聚氨酯是以聚酯或聚醚组成的柔性软段和以氨基甲酸酯、脲基等刚性硬段交替连接而成的嵌段聚合物；因软、硬链段的热力学不相容性，软段和硬段在聚合物中各自聚集，形成软段相和硬段相，发生微相分离，由于聚氨酯具有独特的微相分离结构，所以具有优异的弹性、耐磨性、抗冲击和拉伸等性能，已经广泛应用于涂料、橡胶、黏合剂、纤维、软质泡沫塑料、硬质泡沫塑料、保温材料、合成皮革、防水材料、铺装材料等。

由于普通树脂结构中只含有C-C、C-O键，不含Si-O键，而有机硅分子中的Si-O和Si-C具有高键能，所以普通树脂制成漆后不具有耐高温性能，而本发明引入有机硅，其Si-O和Si-C键的牢固程度要远高于C-C、C-O键，采用有机硅聚氨酯对丙烯酸树脂改性，改性后的丙烯酸树脂具有好的耐候性，耐热性和电绝缘性，同时也可以提高丙烯酸树脂的耐候性、耐臭氧、耐紫外线等。

氟原子半径小且具有很强的电负性，因此其对碳链具有屏蔽保护作用，这使得氟聚合物具有优异的热稳定性、耐候性和化学惰性，以及独特的低表面张力、低表面自由能、低摩擦系数和低的介电常数，这赋予了氟聚合物拥有优异的憎水、憎油性，是低表面能材料研究领域的一类重要聚合物。氟聚合物的成本较高，难以适应目前市场的发展，因此本发明在成本较低的丙烯酸树脂中引入低表面能的氟元素既可较好地保留丙烯酸树脂的物理化学性能又可以有效地降低材料的表面能以满足材料的疏水和憎油要求，这既适合经济发展，又满足了应用需求。

中国专利CN102432768A公开了一种含氟硅聚氨酯-丙烯酸酯乳液的制备方法，其步骤为：将含氢硅油、含氟丙烯酸酯、双烯基丙烯酸酯、无水乙醇制得含氟硅油；将异氰酸酯、聚醚二元醇和聚酯二元醇反应制得的预聚体与含氟二元醇和扩链剂、亲水扩链剂进行扩链反应，再加水分散乳化，减压蒸馏除去有机溶剂得到水性聚氨酯乳液，然后再加入丙烯酸酯、含氟硅油，高速分散，加入催化剂升温聚合得到含氟硅聚氨酯-丙烯酸酯乳液；其制得的含氟硅聚氨酯-丙烯酸酯乳液，具有整体性能较好、表面能低、较好的疏水性能等优点。但其在制备过程中需要加入有机溶剂，增加其生产成本，氟原子采用氟烯单体与丙烯酸发生聚合反应引入，氟原子容易被其他基团包覆与屏蔽，难以有效富集表面，其反应程度也难以控制，且羟基硅油在水中易水解。