[发明专利]一种高固含量水性聚氨酯复合乳液及其制备方法

说明书

本发明涉及一种高固含量水性聚氨酯复合乳液及其制备方法，制备含有‑OH、‑NH₂或硅烷官能团的丙烯酸乳液；通过包括聚合物二元醇、二异氰酸酯，亲水扩链剂、小分子扩链剂和中和剂的原料反应制备含有‑NCO的聚氨酯预聚体；所述的丙烯酸乳液替代部分水加入步骤二所述的聚氨酯预聚体中乳化分散所述的聚氨酯预聚体，得到化学交联改性的高固含量水性聚氨酯。本发明通过含活性官能团的丙烯酸乳液替代部分水对聚氨酯预聚体进行乳化、扩链，通过化学交联和不同的粒径分布实现高固含量丙烯酸聚氨酯复合乳液，固含量≥55%。

技术领域

本发明涉及一种聚合物乳液及其制备方法，具体涉及一种水性聚氨酯-丙烯酸乳液化学交联改性的制备方法。

背景技术

水性聚氨酯具有柔韧性好、不燃、耐腐、耐候、良好的粘接性能等优点，但大多数水性聚氨酯涂膜耐水性、耐溶剂性等性能偏差，限制了其应用范围。因此，需要引入其他结构和性能的组分对其进行改性，以提升综合性能。水性聚氨酯和丙烯酸酯在性能上具有较强的互补性，而且丙烯酸酯类单体多数价廉易得，有利于降低生产成本，将两者进行有机结合，能够制备出价廉质优具有较高的拉伸强度、抗冲击强度、耐化学性以及附着力好、硬度大、光泽度好的水性复合材料，应用前景十分广阔。

最典型的改性方法有物理共混改性、共聚改性。物理混合法相对简单，但二者之间的互溶性比较差，表现为成膜不透明，力学性能没有明显提高和体系的稳定性差。例如公告号为CN103059230B的发明专利公开了改性水性聚氨酯，是先制备水性聚氨酯，再用苯乙烯和丙烯酸对水性聚氨酯分散体进行改性，得到具有互穿网络结构的丙烯酸改性水性聚氨酯，互穿网络形成的是一种拓扑键不是真正的共价键，属于物理改性。相比于物理改性法，化学共聚法在解决 PU 和 PA 的相容性以及提高乳液综合性能方面具有极大的优势。公开号为CN101906192B的发明专利均提供了一种水性聚氨酯-丙烯酸酯复合乳液的制备方法，合成带双键的不饱和聚氨酯单体和丙烯酸酯单体共聚，不需要外加溶剂和乳化剂，但是存在反应时间长，聚氨酯与丙烯酸酯单体接枝率低，易留有残留单体，产物的固含量较低的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种高固含量水性聚氨酯复合乳液及其制备方法，至少实现聚氨酯复合乳液高固含量的目的。

为解决以上技术问题，根据本发明的一个方面，提供一种高固含量水性聚氨酯复合乳液的制备方法，包括：

步骤一，制备含有-OH、-NH₂或硅烷官能团的丙烯酸乳液；

步骤二，通过包括聚合物二元醇、二异氰酸酯，亲水扩链剂、小分子扩链剂和中和剂的原料反应制备含有-NCO的聚氨酯预聚体；

步骤三，将步骤一所述的丙烯酸乳液、水加入步骤二所述的聚氨酯预聚体中乳化分散所述的聚氨酯预聚体，得到化学交联改性的高固含量水性聚氨酯。

进一步地，步骤一中，采用种子乳液聚合方法制备所述的丙烯酸乳液；

先由水性乳化剂、去离子水、丙烯酸酯类单体和交联单体混合制备预乳液，取8-12%所述预乳液与水性乳化剂、去离子水和水溶性引发剂混合，在氮气保护气氛中，搅拌加热至体系稳定后，升温至80-90℃后同时滴加剩余引发剂和预乳液，滴加完毕后保温，使体系充分反应后，将体系温度降至 45-55℃，用氨水调节体系的 PH 到 7-8，降至室温，滤网过滤出料得到丙烯酸乳液。

进一步地，步骤一中，采用如下方法制备含有硅烷偶联剂KH550和KH570的丙烯酸乳液；