[发明专利]一种互穿网络结构的水性聚氨酯乳液及其制备方法和应用

说明书

本发明属于高分子新材料技术领域，尤其涉及一种互穿网络结构的水性聚氨酯乳液及其制备方法和应用。本发明中，采用聚碳酸亚丙酯二元醇、二异氰酸酯以及反应性单体为主要原料，通过分子设计引入互穿网络结构，使得互穿网络结构的水性聚氨酯乳液具有更优异的耐水性、硬度和拉伸强度，具有良好的综合性能，能够改善现有水性聚氨酯乳液存在的低硬度、不耐刮擦、耐水性差等问题。并且，该互穿网络结构的水性聚氨酯乳液的原料无需有机溶剂，制备中不需使用丙酮作溶剂降低体系粘度，反应性单体可降低体系粘度，避免了有机溶剂的使用，进一步解决VOC的排放问题，减少了对环境的污染和对健康的危害。

技术领域

本发明属于高分子新材料技术领域，尤其涉及一种互穿网络结构的水性聚氨酯乳液及其制备方法和应用。

背景技术

对于环境保护的重视是社会发展的共同趋势，紫外光固化聚氨酯涂料等环保新材料正逐步取代传统溶剂型聚氨酯材料进入市场应用，逐步取代传统产品。并且，由于紫外光固化聚氨酯涂料具有快速固化和无需加热烘烤等高效节能的特点，令其非常适用于流水线操作，其市场的发展逐年递增，越来越多地应用于商品的工业化生产之中，为整个表面涂覆行业带来了一次新的革命。

水性紫外光固化体系结合了传统的光固化涂料和水性涂料的诸多优点，相比与传统的溶剂型聚氨酯材料，其VOC含量低，气味小，属于环境友好型材料。然而目前市面上的水性聚氨酯材料固含一般在305％～35％左右，水性体系由于水分含量高，在使用过程中存在固化速度低，漆膜性能差等缺点。传统的紫外光固化水性聚氨酯主要以异氰酸酯和聚合物多元醇为原料，其中最为常用的聚合物多元醇为聚酯多元醇和聚醚多元醇。然而，聚酯型水性聚氨酯的酯键易水解，耐水性差；聚醚型水性聚氨酯本身强度、硬度低，不耐刮擦，产品性能较差。

因此，如何提高水性聚氨酯耐水性、硬度和耐刮擦性能成为了本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种互穿网络结构的水性聚氨酯乳液及其制备方法和应用，用于提高水性聚氨酯耐水性、硬度和耐刮擦性能。

本发明的具体技术方案如下：

一种互穿网络结构的水性聚氨酯乳液，所述互穿网络结构的水性聚氨酯乳液的原料包括：聚碳酸亚丙酯二元醇、二异氰酸酯、亲水功能单体、催化剂、扩链剂、反应性单体、中和剂、引发剂和去离子水；

所述反应性单体选自甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸丁酯、丙烯酸丁酯、苯乙烯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯和环氧改性丙烯酸酯中的一种或多种。

本发明中，采用聚碳酸亚丙酯二元醇、二异氰酸酯以及反应性单体为主要原料，通过分子设计引入互穿网络结构，先通过聚碳酸亚丙酯二元醇、二异氰酸酯、亲水功能单体和扩链剂得到聚氨酯预聚体即形成第一种聚合物网络，再将反应性单体溶胀在聚氨酯预聚体中，继续通过添加引发剂等方式引发反应性单体形成第二种聚合物网络，从而形成互穿网络聚合物，使得互穿网络结构的水性聚氨酯乳液具有更优异的耐水性、硬度和拉伸强度，具有良好的综合性能，能够改善现有水性聚氨酯乳液存在的低硬度、不耐刮擦、耐水性差等问题。并且，该互穿网络结构的水性聚氨酯乳液的原料无需有机溶剂，制备中不需使用丙酮作溶剂降低体系粘度，反应性单体可降低体系粘度，避免了有机溶剂的使用，进一步解决VOC的排放问题，减少了对环境的污染和对健康的危害。

优选的，以质量份计，所述原料包括：聚碳酸亚丙酯二元醇60份、二异氰酸酯30～150份、亲水功能单体2～10份、催化剂0.12～0.36份、扩链剂2～10份、反应性单体10～50份、中和剂2～10份、引发剂0.2～0.8份和去离子水100～400份。

更优选的，以质量份计，所述原料包括：聚碳酸亚丙酯二元醇60份、二异氰酸酯30份、亲水功能单体6.5份、催化剂0.12份、扩链剂2份、反应性单体30份、中和剂4.9份、引发剂0.3份和去离子水250份。