CN102558460B - 一种丙烯酸酯接枝的水性聚氨酯乳液及其制备方法 - Google Patents

一种丙烯酸酯接枝的水性聚氨酯乳液及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种丙烯酸酯接枝的水性聚氨酯乳液及其制备方法。所述的丙烯酸酯接枝的水性聚氨酯乳液其特征在于，包括聚醚多元醇、二羟甲基丙酸、异佛尔酮二异氰酸酯、乙二胺、丙烯酸羟乙酯等。制备方法为：将聚醚多元醇、二羟甲基丙酸和异佛尔酮二异氰酸酯进行预聚反应，引入亲水单体；加入乙二胺和丙烯酸羟乙酯，进行扩链反应，引入功能性单体；加入丙烯酸酯混合单体，降低体系粘度；加入三乙胺中和；在高速剪切下加入去离子水乳化、分散，得到乳液；再滴加丙烯酸酯混合单体及引发剂，升温，反应；降温，得到PUA乳液。本发明方法制备的乳液粒径小，分布窄，各种力学等性能优良，可广泛应用于皮革涂饰、涂料、胶粘剂、织物涂层等工业领域。

Description

一种丙烯酸酯接枝的水性聚氨酯乳液及其制备方法
技术领域
本发明属于高分子材料技术领域，具体涉及一种丙烯酸酯接枝的水性聚氨酯乳液及其制备方法。
背景技术
近几年来，随着环保法规日益严格，石油产品成本不断升高，使人们对以水替代有机溶剂作为分散介质的水性聚氨酯越来越关注。水性聚氨酯乳液具有安全、易储存、使用方便等特点，并且成本低，同时继承了溶剂型聚氨酯很多优异的性能，如软硬度可调、耐低温、耐磨性好及粘附力强等，但存在着成膜速度慢、对非极性基材润湿性差、初粘性低、耐水性差、耐热性不够理想等。丙烯酸酯类产品具有机械强度高、耐老化、耐磨性、耐溶剂性和耐水性好等优点，但存在热粘冷脆的缺点。将丙烯酸酯和水性聚氨酯复合，能够克服各自的缺点，使两者优势得到互补，做到扬长避短，涂膜性能得到明显的改善，制备的复合乳液(PUA )广泛应用于皮革涂饰、涂料、胶粘剂、织物涂层等工业领域。
发明内容
本发明的目的是基于现有技术的不足，提供一种丙烯酸酯接枝的水性聚氨酯乳液及其制备方法。
为了达到上述目的，本发明提供了一种丙烯酸酯接枝的水性聚氨酯乳液，其特征在于，包括以下由重量份计的组分：
聚醚多元醇            100份；
二羟甲基丙酸          5-10份；
异佛尔酮二异氰酸酯    30-35份；
三乙胺                3-5份；
乙二胺                2-3份；
丙烯酸羟乙酯          5-40份；
丙烯酸酯混合单体      100-200份；
引发剂                10-20份；
去离子水              350-400份。
优选地，所述的聚醚多元醇为聚醚多元醇N220。
优选地，所述的丙烯酸酯混合单体为软单体丙烯酸丁酯和硬单体甲基丙烯酸甲酯的混合物，软单体丙烯酸丁酯与硬单体甲基丙烯酸甲酯的质量比为1.5-2:1。
优选地，所述的引发剂为偶氮二异丁腈。
本发明还提供了上述丙烯酸酯接枝的水性聚氨酯乳液的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一步：将聚醚多元醇、二羟甲基丙酸按比例在90-100℃条件下真空脱水，放入反应釜中，升温至80-85℃；
第二步：在第一步中的反应釜中加入异佛尔酮二异氰酸酯，进行预聚反应，反应3小时；
第三步：在第二步中的反应釜中加入乙二胺和丙烯酸羟乙酯，进行扩链反应，反应1小时，降温至50℃；
第四步：在第三步中的反应釜中加入丙烯酸酯混合单体30-50份，降温至30-35℃；
第五步：在第四步中的反应釜中加入三乙胺，搅拌8-10min，在800-1000r/min高速剪切下加入去离子水乳化，分散25-30min，得到乳液；
第六步：在第五步得到的乳液中均匀滴加剩余的丙烯酸酯混合单体和引发剂，在2-3h内滴加完毕，升温至80-85℃反应1-2h，降温至室温，得到PUA乳液。
本发明的有益效果：
（1）在制备聚氨酯分散液的过程中，引入亲水性的二羟甲基丙酸，不需要添加乳化剂，由于聚氨酯分子中含有亲水性的成分，所以在乳化阶段无需强力搅拌而自身分散形成乳液，且稳定性好。
（2）本发明方法采用的引发剂为偶氮二异丁腈，分散效果好，制备的乳液粒径小，分布均匀，各种力学等性能优良，应用范围更加广泛。
（3）本发明制备的产品环保健康，使用过程中无有毒气体挥发。
具体实施方式
    下面结合实施例对本发明进行详细描述。
    实施例1-3中聚醚多元醇选用聚醚多元醇N220；丙烯酸酯混合单体为软单体丙烯酸丁酯和硬单体甲基丙烯酸甲酯的混合物，软单体丙烯酸丁酯与硬单体甲基丙烯酸甲酯的质量比为1.5-2:1；引发剂选用偶氮二异丁腈。
实施例1
将聚醚多元醇100份、二羟甲基丙酸5.5份在95℃条件下真空脱水，放入干燥的、带有温度计的四口烧瓶中，升温至85℃，加入30份异佛尔酮二异氰酸酯进行预聚反应并引入亲水单体，反应3小时后，加入2份乙二胺和5份丙烯酸羟乙酯，进行扩链反应并引入功能性单体，反应1小时降温至50℃，加入丙烯酸丁酯20份和甲基丙烯酸甲酯10份降低体系粘度，继续降温至30℃后再加入3份三乙胺中和，搅拌8min，在800r/min高速剪切下加入350份的去离子水乳化，分散25min，得到乳液，继续滴加丙烯酸丁酯100份和甲基丙烯酸甲酯50份、偶氮二异丁腈10份，在3h内均匀滴加完毕，升温至80℃反应2h，降温得到PUA乳液。
实施例2
将聚醚多元醇100份、二羟甲基丙酸7份在90℃条件下真空脱水，放入干燥的、带有温度计的四口烧瓶中，升温至85℃，加入32份异佛尔酮二异氰酸酯进行预聚反应并引入亲水单体，反应3小时后，加入2.5份乙二胺和15份丙烯酸羟乙酯，进行扩链反应并引入功能性单体，反应1小时降温至50℃，加入丙烯酸丁酯21份和甲基丙烯酸甲酯13份降低体系粘度，继续降温至32℃后再加入4份三乙胺中和，搅拌9min，在900r/min高速剪切下加入380份的去离子水乳化，分散28min，得到乳液，继续滴加丙烯酸丁酯80份和甲基丙烯酸甲酯50份、偶氮二异丁腈15份，在3h内均匀滴加完毕，升温至80℃反应2h，降温得到PUA乳液。
实施例3
将聚醚多元醇100份、二羟甲基丙酸10份在100℃条件下真空脱水，放入干燥的、带有温度计的四口烧瓶中，升温至85℃，加入35份异佛尔酮二异氰酸酯进行预聚反应并引入亲水单体，反应3小时后，加入3份乙二胺和40份丙烯酸羟乙酯，进行扩链反应并引入功能性单体，反应1小时降温至50℃，加入丙烯酸丁酯25份和甲基丙烯酸甲酯15份降低体系粘度，继续降温至35℃后再加入5份三乙胺中和，搅拌9min，在1000r/min高速剪切下加入400份的去离子水乳化，分散25min，得到乳液，继续滴加丙烯酸丁酯98份和甲基丙烯酸甲酯60份、偶氮二异丁腈20份，在3h内均匀滴加完毕，升温至80℃反应2h，降温得到PUA乳液。
将实施例1-3制得的PUA乳液按GB/T2974-1995测试其粘度，按GB/T2790-1995测试其剥离强度，按GB/T2974-1995测试其单体转化率，测试结果如下：
实施例 粘度/s 剥离强度/（N/15mm） 单体转化率/% 乳液外观
1 26.03 1.68 94.9 乳白色、均匀稳定
2 25.86 1.65 95.3 乳白色、均匀稳定
3 25.88 1.72 95.7 乳白色、均匀稳定
由上表可见，本发明制备的丙烯酸酯接枝的水性聚氨酯乳液均匀稳定，各项性能优异，同时制备过程中单体转化率高。

Claims (4)

1.一种丙烯酸酯接枝的水性聚氨酯乳液的制备方法，其特征在于，所述的丙烯酸酯接枝的水性聚氨酯乳液包括以下由重量份计的组分：
聚醚多元醇            100份；
二羟甲基丙酸          5-10份；
异佛尔酮二异氰酸酯    30-35份；
三乙胺                3-5份；
乙二胺                2-3份；
丙烯酸羟乙酯          5-40份；
丙烯酸酯混合单体      100-200份；
引发剂                10-20份；
去离子水              350-400份；
制备方法包括以下步骤：
第一步：将聚醚多元醇、二羟甲基丙酸按比例在90-100℃条件下真空脱水，放入反应釜中，升温至80-85℃；
第二步：在第一步中的反应釜中加入异佛尔酮二异氰酸酯，进行预聚反应，反应3小时；
第三步：在第二步中的反应釜中加入乙二胺和丙烯酸羟乙酯，进行扩链反应，反应1小时，降温至50℃；
第四步：在第三步中的反应釜中加入丙烯酸酯混合单体30-50份，降温至30-35℃；
第五步：在第四步中的反应釜中加入三乙胺，搅拌8-10min，在800-1000r/min高速剪切下加入去离子水乳化，分散25-30min，得到乳液；
第六步：在第五步得到的乳液中均匀滴加剩余的丙烯酸酯混合单体和引发剂，在2-3h内滴加完毕，升温至80-85℃反应1-2h，降温至室温，得到PUA乳液。
2.如权利要求1所述的一种丙烯酸酯接枝的水性聚氨酯乳液的制备方法，其特征在于，所述的聚醚多元醇为聚醚多元醇N220。
3.如权利要求1所述的一种丙烯酸酯接枝的水性聚氨酯乳液的制备方法，其特征在于，所述的丙烯酸酯混合单体为软单体丙烯酸丁酯和硬单体甲基丙烯酸甲酯的混合物，软单体丙烯酸丁酯与硬单体甲基丙烯酸甲酯的质量比为1.5-2:1。
4.如权利要求1所述的一种丙烯酸酯接枝的水性聚氨酯乳液的制备方法，其特征在于，所述的引发剂为偶氮二异丁腈。
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