[发明专利]一种环氧酯改性水性聚氨酯乳液及其制备方法

说明书

本发明属于涂料技术领域，具体涉及一种环氧酯改性水性聚氨酯乳液及其制备方法。本发明制备的环氧酯改性水性聚氨酯乳液，以环氧酯为改性材料，通过环氧稀释剂与脂肪酸发生开环酯化合成环氧酯中间体，将其接枝到聚氨酯中，经水性化，得到环氧酯改性水性聚氨酯乳液，既引入脂肪酸的双建，使所制备的树脂具有较高的反应活性，能氧化交联固化，干燥速度快，又引入环氧稀释剂，提高树脂的防腐性能，降低其烘烤温度，具有增韧改性的作用。本发明，整个制备过程原料易得，工艺简单，绿色环保，易于工业化推广和生产。

技术领域

本发明属于涂料技术领域，具体涉及一种环氧酯改性水性聚氨酯乳液及其制备方法。

背景技术

水性聚氨酯(WPU)是以水作为分散介质，是一种环境友好的绿色材料，具有挥发性有机化合物含量低和节约能源的特点，被广泛应用于各个领域。然而，单纯的水性聚氨酯乳液在性能上不能满足要求，如漆膜力学性能不佳、耐水性差、硬度低等，因此需对水性聚氨酯进行改性。但是，目前各种单一改性的水性聚氨酯涂料在使用上存在耐水性、耐磨耗性、耐醇性、附着力以及硬度低等缺陷，还远不能和溶剂型聚氨酯涂料相匹敌，为了在环保的基础下获得性能更好的水性聚氨酯涂料，可以把两种或两种以上不同的改性手段有机结合起来，通过优势互补，提高水性聚氨酯涂料的整体性能(如耐水性，附着力，耐腐蚀性等)。环氧稀释剂具有模量高、强度高和耐化学性好、热稳定性好等优点，目前已经成为提高水性聚氨酯性能的重要手段。环氧改性WUP的产品在耐水性、耐溶剂性、抗张强度、柔初性方面得到提升，但同时存在硬度较低和耐候性差等缺点。同时，脂肪酸中含有不饱和双键，既可参与到预聚体的反应中，也可在固化成膜时发生氧化交联，因而提高胶膜的耐水、耐溶剂性和力学性能。利用环氧稀释剂与脂肪酸复合改性水性聚氨酯的方法，将二者的优点结合于一身，使水性聚氨酯的综合性能得到优化。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明提供了一种环氧酯改性水性聚氨酯乳液的制备方法。本发明制备得到的环氧酯改性水性聚氨酯乳液具有VOC含量低、安全无毒环保以及优异的干性、硬度、附着力、耐水性等性能，而且能够达到或超过同类溶剂型涂料的性能指标。

本发明所提供的技术方案如下：

一种环氧酯改性水性聚氨酯乳液的制备方法，包括以下步骤：

1)环氧酯改性中间体的合成。

将脂肪酸、环氧稀释剂、催化剂投入反应瓶中，升温反应至120℃，保温至测定酸值小于5mgKOH/g后降温出料，得到环氧酯改性中间体。

2)预聚体的合成

将环氧酯中间体、聚酯二元醇、亲水单体、小分子二元醇加入反应器中混合均匀，升温至100～110℃，真空度为-0.05～-0.07MPa，脱水1h；撤除真空，降温至65℃，将二异氰酸酯缓慢滴加入反应器内，控制在1～1.5h内滴完；升高温度至80～90℃，期间可以加入适量的丙酮调节体系的粘度，直至取样并通过二正丁胺法测定NCO含量，达到理论终点后停止反应，得到聚氨酯预聚体；

3)中和、扩链

降温至50℃，加入中和剂反应30-40min；用丙酮调节至适宜的粘度，控制温度在30～40℃，加入去离子冰水、扩链剂，高速搅拌条件下扩链反应30-40min；升温至60-70℃减压脱除丙酮，得到棕色透明或半透明状的环氧酯改性水性聚氨酯乳液。

上述技术方案中：

步骤1)中，以环氧酯为改性材料，通过环氧稀释剂与脂肪酸发生开环酯化合成环氧酯中间体，其携带脂肪酸的双建；

步骤2)中，环氧酯中间体具有醇羟基，其和聚酯二元醇和小分子二元醇等多元醇一起，与多异氰酸酯先反应，生成分子量比较低的聚氨酯预聚体；

步骤3)中，聚氨酯预聚体经过扩链，环氧酯改性水性聚氨酯乳液，从而引入脂肪酸的双建。