一種丙烯酸酯改性水性聚氨酯乳液及其制備方法
【專利說明】一種丙烯酸酯改性水性聚氨酯乳液及其制備方法
[0001]
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明涉及高分子化學(xué)材料領(lǐng)域,尤其涉及一種丙烯酸酯改性水性聚氨酯乳液及其制備方法。
[0003]
【背景技術(shù)】
[0004]聚氨酯是一種多功能高分子材料,其原料品種多樣,分子結(jié)構(gòu)可調(diào)節(jié),在泡沫塑料、彈性體、膠黏劑、涂料等多個領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。目前聚氨酯材料有溶劑型和水溶型兩類。一般來說,溶劑型聚氨酯是以丙酮、丁酮、甲苯等為主要溶劑通過溶液聚合而成,這些溶劑都是有毒溶劑,因此溶劑型聚氨酯在生產(chǎn)和使用過程中污染環(huán)境。安全系數(shù)低、對人的身體健康有很大的危害。隨著社會進步和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,人們的環(huán)保意識不斷的增強,研制高質(zhì)量、無污染的環(huán)保型聚氨酯已成為發(fā)展趨勢。
[0005]水性聚氨酯是以水代替有機溶劑作為分散介質(zhì),具有無毒、環(huán)保、廉價等優(yōu)點,越來越受到人們的重視。水性聚氨酯不僅具有溶劑型聚氨酯所具有的耐寒、彈性好、光澤高、軟硬段溫度可調(diào)等基本特性外,還具有不燃、無毒、無污染等優(yōu)點,但是也存在固含量低、物理機械性能差、耐水性、耐熱性差等缺點,這很大程度上影響了水性聚氨酯的應(yīng)用。中國專利(CN101429417A)公開了一種采用脂肪族異氰酸酯合成的高粘接性的水性聚氨酯膠粘劑,雖然固含量有所提高,但是避免不了膠膜的力學(xué)性能差以及耐水性較低的特點;中國專利(CN101993677)公開了一種丁二醇為擴鏈劑的水性聚氨酯,但是其粘度較低需要加入增稠劑來調(diào)整,操作麻煩復(fù)雜。美國專利(US4870129)公開了一種固含量能夠達到40%?50%的水性聚氨酯,親水試劑使用了磺酸二胺型,制備過程中需要加入大量的溶劑,回收時耗能大同時會造成環(huán)境的污染。
[0006]丙烯酸樹脂具有機械強度高、耐老化、抗黃變、耐水性等優(yōu)點,但又存在著耐有機溶劑性差、耐熱性差、耐磨性差等缺點。如果能夠通過合成具有活性雙鍵封端的水性聚氨酯,將其作為種子乳液乳化丙烯酸單體,然后再通過引發(fā)劑引發(fā)丙烯酸酯單體,制備出改性產(chǎn)品。這樣能夠?qū)⒕郯滨ズ捅┧狨サ男阅艿玫胶艽蟮幕パa,將兩者復(fù)合可以提高水性聚氨酯的耐水性、耐熱性以及力學(xué)性能。
[0007]
【發(fā)明內(nèi)容】
[0008]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足,提供一種耐水性能、耐熱性能以及力學(xué)性能良好的丙烯酸酯改性水性聚氨酯乳液。
[0009]本發(fā)明的另一個目的是提供上述廉價、工藝簡單的丙烯酸酯改性水性聚氨酯乳液的制備方法。
[0010]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是: 一種丙烯酸酯改性水性聚氨酯乳液,由如下重量份計的組分制成:多元醇20?30份,二異氰酸酯10?20份,親水擴鏈劑2~6份,有機堿2~5份,交聯(lián)劑5-15份,丙烯酸酯單體10?25份,去離子水100?200份,二月桂酸二丁基錫0.01?0.1份,引發(fā)劑0.2?1份,丙酮10~30份。
[0011]作為優(yōu)選,在上述丙烯酸酯改性水性聚氨酯乳液中,所述多元醇為以下的一種或幾種:聚己二酸丁二醇酯二元醇、聚碳酸酯二元醇或聚己內(nèi)酯二元醇,分子量為1000~3000。
[0012]作為優(yōu)選,在上述丙烯酸酯改性水性聚氨酯乳液中,所述的二異氰酸酯為以下的一種或幾種:異佛爾酮二異氰酸酯、甲苯二異氰酸酯、六亞甲基二異氰酸酯或二苯基甲烷二異氰酸酯。
[0013]作為優(yōu)選,在上述丙烯酸酯改性水性聚氨酯乳液中,所述親水擴鏈劑為二羥基丙酸或二羥基丁酸。
[0014]作為優(yōu)選,在上述丙烯酸酯改性水性聚氨酯乳液中,所述交聯(lián)劑為以下的一種:丙烯酸羥丙酯、季戊四醇三丙烯酸酯或季戊四醇二丙烯酸酯。
[0015]作為優(yōu)選,在上述丙烯酸酯改性水性聚氨酯乳液中,所述丙烯酸酯單體為以下一種或幾種:丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯或丙烯酸丁酯。
[0016]作為優(yōu)選,在上述丙烯酸酯改性水性聚氨酯乳液中,所述有機堿為以下一種或幾種:三乙胺、二乙胺、二異丙基胺、N,N_ 二異丙基乙胺。
[0017]作為優(yōu)選,在上述丙烯酸酯改性水性聚氨酯乳液中,所述引發(fā)劑為偶氮二異丁氰或過硫酸鉀。
[0018]上述丙烯酸酯改性水性聚氨酯乳液的制備方法,包括如下步驟:
(1)將多元醇放入干燥的反應(yīng)器中,加熱使反應(yīng)器中的多元醇熔融,在120°c下抽真空除水lh,隨后降溫至70?80°C加入二異氰酸酯和二月桂酸二丁基錫,氮氣保護下反應(yīng)2~3小時后,再加入親水擴鏈劑反應(yīng)2?3小時得到預(yù)聚體;
(2)隨后在70?80°C下加入交聯(lián)劑進行封端反應(yīng)2?3小時,得到主鏈上引入活性雙鍵的聚氨酯預(yù)聚體;
(3)反應(yīng)結(jié)束后,加入丙烯酸酯單體降低粘度并降溫至30?50°C之后,加入有機堿中和攪拌,最后加入去離子水進行高速分散乳化,得到主鏈上引入活性雙鍵的水性聚氨酯乳液;
(4)將引發(fā)劑溶解在丙酮中,在70?90°C,慢慢滴加至乳液中,滴加完畢后在70?90°C下繼續(xù)反應(yīng)3~4小時;真空脫除溶劑,即得到高固含量、高粘度、耐熱性高的丙烯酸酯改性水性聚氨酯乳液。
[0019]與現(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明具有如下有益效果:
1.制備方法工藝簡單,反應(yīng)條件溫和,且產(chǎn)物性質(zhì)穩(wěn)定,生產(chǎn)成本低,有利于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)應(yīng)用,因而具有廣闊的應(yīng)用前景。
[0020]2.本發(fā)明合成的丙烯酸酯改性水性聚氨酯具有簡單經(jīng)濟、綠色環(huán)保等優(yōu)點,因而具有綠色環(huán)保的社會價值理念。
[0021]3.本發(fā)明利用丙烯酸酯對水性聚氨酯進行改性,得到綜合性能優(yōu)異的聚氨酯材料,利用丙烯酸酯參與反應(yīng)將雙鍵引入到聚氨酯主鏈,隨后引發(fā)丙烯酸單體的聚合,能夠形成復(fù)雜的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),相比較傳統(tǒng)水性聚氨酯來說,耐水性、耐熱性、力學(xué)性能有了明顯的提尚ο
[0022]
【附圖說明】
[0023]圖1為丙烯酸酯改性水性聚氨酯的熱重圖;橫坐標為溫度T/°C,縱坐標為失重率TG/%0
[0024]
【具體實施方式】
[0025]實施例1:
(1)將25份分子量為2000的聚碳酸酯二元醇加入干燥的反應(yīng)器中,加熱使反應(yīng)瓶中的聚碳酸酯二元醇熔融后,在120°C下抽真空除水lh,隨后降溫至80°C,將10份異佛爾酮二異氰酸酯、0.1%質(zhì)量份的二月桂酸二丁基錫加入反應(yīng)瓶中,在80°C氮氣保護下反應(yīng)2小時,接著再加入2份的二羥基丙酸反應(yīng)2小時得到預(yù)聚體;
⑵將反應(yīng)降到70°C,加入5份丙烯酸羥丙酯進行封端反應(yīng)2小時,得到主鏈上引入活性雙鍵的聚氨酯預(yù)聚體;
(3)反應(yīng)結(jié)束后,溫度降至40°C加入一共15份的丙烯酸甲酯和甲基丙烯酸甲酯降低預(yù)聚體的粘度,再加入2份的三乙胺中和反應(yīng)半個小時。最后高速剪切下加入去離子水分散乳化,得到主鏈上引入活性雙鍵的水性聚氨酯乳液;
(4)將偶氮二異丁氰溶解在10份的丙酮中,在80°C下慢慢滴加至乳液中,3小時滴完。滴加完畢后在80°C下繼續(xù)反應(yīng)3小時,真空脫除丙酮,即得到丙烯酸酯改性水性聚氨酯乳液。所得丙烯酸酯改性水性聚氨酯乳液的熱重圖如圖1所示。
[0026]實施例2:
(1)將25份分子量為2000的聚己二酸丁二醇酯二元醇加入干燥的反應(yīng)器中,加熱使反應(yīng)瓶中的聚碳酸酯二元醇熔融后,在120°C下抽真空除水lh,隨后降溫至80°C,將10份異佛爾酮二異氰酸酯、0.1%質(zhì)量份的二月桂酸二丁基錫加入反應(yīng)瓶中,在80°C氮氣保護下反應(yīng)2小時,接著再加入3份的二羥基丙酸反應(yīng)2小時得到預(yù)聚體;
(2)在80°C氮氣保護下加入6份丙烯酸羥丙酯進行封端反應(yīng)2小時,得到主鏈上引入活性雙鍵的聚氨酯預(yù)聚體;
(3)反應(yīng)結(jié)束后,溫度降至40°C加入一共15份的丙烯酸甲酯和甲基丙烯酸甲酯降低預(yù)聚體的粘度,再加入2份的三乙胺中和反應(yīng)半個小時。最后高速剪切下加入去離子水分散乳化,得到主鏈上引入活性雙鍵的水性聚氨酯乳液;
(4)將偶氮二異丁氰溶解在10份的丙酮中,在80°C下慢慢滴加至乳液中,3小時滴完。滴加完畢后在