CN103030753A - 一种有机硅改性水性聚氨酯丙烯酸酯混合乳液的制备方法 - Google Patents

一种有机硅改性水性聚氨酯丙烯酸酯混合乳液的制备方法 Download PDF

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Abstract

一种有机硅改性水性聚氨酯丙烯酸酯混合乳液的制备方法，是以IPDI、PBA、DEG、DMPA为原料制备预聚体，采用HTPS对预聚体改性，采用HEMA对预聚体的端-NCO进行封端，加入MMA稀释降低黏度，加入TEA进行中和反应生成盐，加入水进行乳化，加入引发剂AIBN，使MMAA与HEMA的双键打开聚合得到有机硅改性的丙烯酸酯与水性聚氨酯混合乳液。本发明得到的乳液成膜后具有手感好、耐水性强、抗沾污性好等特点。

Description

一种有机硅改性水性聚氨酯丙烯酸酯混合乳液的制备方法
技术领域
本发明涉及一种有机硅改性水性聚氨酯丙烯酸酯混合乳液的制备方法，属化工领域。
技术背景
水性聚氨酯丙烯酸酯混合乳液(PUA)是以水替代有机溶剂作为分散介质发展起来的改性高分子材料。它具有聚氨酯的耐磨损。可裁剪和聚丙烯酸酯的硬度高、耐候性好等特性，才外，还具有使用安全、无毒、无环境污染等优点。因此，被誉为是“第三代水性聚氨酯”。但是，PUA也具有耐水性一般的缺点，可以考虑采用硅氧烷进行改性，但是传统有机硅改性聚氨酯的研究，多以羟基硅油为原料，由于羟基硅油与-NCO形成的Si-O-C键容易水解，得到的乳液稳定性差。
本专利应用烷羟基硅油替代传统羟基硅油改性聚氨酯预聚体，加入甲基丙烯酸甲酯(MMA)，与甲基丙烯酸羟乙酯(HEMA)封端后的聚氨酯预聚体反应，制得有机硅改性的水性聚氨酯丙烯酸酯混合乳液，乳液成膜后具有优异的稳定性、耐水性、抗沾污性。
发明内容
本发明的目的是提供一种有机硅改性水性聚氨酯丙烯酸酯混合乳液的制备方法，得到的水性聚氨酯具有优异的稳定性、耐水性、抗沾污性。
为实现以上目的，本发明的一种有机硅改性水性聚氨酯丙烯酸酯混合乳液的制备方法，其步骤具体为：
(1)四口烧瓶中，以异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、聚己二酸1，4-丁二醇酯(PBA)、一缩二乙二醇(DEG)、二羟甲基丙酸(DMPA)为原料制备预聚体，82℃反应2h。
(2)加入烷羟基聚二甲基硅氧烷(HTPS)对改性预聚体，反应1h。
(3)加入甲基丙烯酸羟乙酯(HEMA)对预聚体的端-NCO进行封端，反应1h。
(4)加入甲基丙烯酸甲酯(MMA)降低体系黏度。
(5)降温至40℃，加入三乙胺进行中和反应生成盐，反应3-5min。
(6)加入水进行乳化1h，得到有机硅改性，HEMA封端的混有MMA的水性聚氨酯乳液。
(7)将乳液升温至75℃，加入引发剂偶氮二异丁腈(AIBN)，反应2h，使MMA与HEMA的双键打开聚合得到有机硅改性的丙烯酸酯与水性聚氨酯混合乳液。
步骤(1)中预聚体原料的配比为：IPDI与PBA、DMPA、DEG的摩尔比为1.3∶1-1.4∶1，DEG占预聚体质量的2％-3％，DMPA占预聚体质量的5％-6％。
步骤(2)中HTPS的用量为预聚体质量的1％-1.5％。
步骤(3)中HEMA的物质的量与过量-NCO的物质的量的比值为0.35。
步骤(4)中MMA的用量为预聚体质量的20％-30％。
步骤(5)中三乙胺的物质的量与DMPA的物质的量相同。
步骤(6)中水的用量为预聚体总质量的2倍。
本发明产生的有益效果为，本专利制备出的有机硅改性的水性聚氨酯丙烯酸酯混合乳液具有明显的核-壳结构，聚丙烯酸酯为核，聚氨酯为壳。这种核壳结构的存在，保证了乳液具有较低的成膜温度和较高硬度。此外，引入有机硅氧烷，使得乳液胶膜的水接触角和胶膜表面硅原子含量增加，提高了胶膜的耐水性，增强了乳液的稳定性。能够有效地改善材料表面性能，改善涂层手感，最终乳液涂膜具有优异的的稳定性、耐水性、抗沾污性。
实施例
实施例1：
四口烧瓶中，以异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、聚己二酸1，4-丁二醇酯(PBA)、一缩二乙二醇(DEG)、二羟甲基丙酸(DMPA)为原料制备预聚体，82℃反应2h。IPDI与PBA、DMPA、DEG的摩尔比为1.3∶1，DEG占预聚体质量的3％，DMPA占预聚体质量的5％。加入烷羟基聚二甲基硅氧烷(HTPS)对改性预聚体，反应1h。HTPS的用量为预聚体质量的1％。加入甲基丙烯酸羟乙酯(HEMA)对预聚体的端-NCO进行封端，反应1h。HEMA的物质的量与过量-NCO的物质的量的比值为0.35。加入甲基丙烯酸甲酯(MMA)降低体系黏度。MMA的用量为预聚体质量的25％。降温至40℃，加入三乙胺进行中和反应生成盐，反应3min。三乙胺的物质的量与DMPA的物质的量相同。加入水进行乳化1h，水的用量为预聚体总质量的2倍。得到有机硅改性，HEMA封端的混有MMA的水性聚氨酯乳液。将乳液升温至75℃，加入引发剂偶氮二异丁腈(AIBN)，反应2h。使MMA与HEMA的双键打开聚合得到有机硅改性的丙烯酸酯与水性聚氨酯混合乳液。
实施例2：
四口烧瓶中，以异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、聚己二酸1，4-丁二醇酯(PBA)、一缩二乙二醇(DEG)、二羟甲基丙酸(DMPA)为原料制备预聚体，82℃反应2h。IPDI与PBA、DMPA、DEG的摩尔比为1.4∶1，DEG占预聚体质量的2％，DMPA占预聚体质量的5％。加入烷羟基聚二甲基硅氧烷(HTPS)对改性预聚体，反应1h。HTPS的用量为预聚体质量的1.5％。加入甲基丙烯酸羟乙酯(HEMA)对预聚体的端-NCO进行封端，反应1h。HEMA的物质的量与过量-NCO的物质的量的比值为0.35。加入甲基丙烯酸甲酯(MMA)降低体系黏度。MMA的用量为预聚体质量的20％。降温至40℃，加入三乙胺进行中和反应生成盐，反应3min。三乙胺的物质的量与DMPA的物质的量相同。加入水进行乳化1h，水的用量为预聚体总质量的2倍。得到有机硅改性，HEMA封端的混有MMA的水性聚氨酯乳液。将乳液升温至75℃，加入引发剂偶氮二异丁腈(AIBN)，反应2h。使MMA与HEMA的双键打开聚合得到有机硅改性的丙烯酸酯与水性聚氨酯混合乳液。

Claims (7)

1.一种有机硅改性水性聚氨酯丙烯酸酯混合乳液的制备方法，其特征在于：步骤如下：
(1)以异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、聚己二酸1，4-丁二醇酯(PBA)、一缩二乙二醇(DEG)、二羟甲基丙酸(DMPA)为原料制备预聚体，82℃下反应2h；
(2)加入烷羟基聚二甲基硅氧烷(HTPS)对预聚体进行改性，反应1h；
(3)加入甲基丙烯酸羟乙酯(HEMA)对预聚体的端-NCO进行封端，反应1h；
(4)加入甲基丙烯酸甲酯(MMA)降低体系黏度；
(5)降温至40℃，加入三乙胺进行中和反应生成盐，反应3-5min；
(6)加入水进行乳化1h，得到有机硅改性，HEMA封端的混有MMA的水性聚氨酯乳液；
(7)将乳液升温至75℃，加入引发剂偶氮二异丁腈(AIBN)，反应2h，使MMA与HEMA的双键打开聚合得到有机硅改性的丙烯酸酯与水性聚氨酯混合乳液。
2.如权利要求1所述的一种有机硅改性水性聚氨酯丙烯酸酯混合乳液的制备方法，其特征在于：所述的步骤(1)中预聚体原料的配比为：IPDI与PBA、DMPA、DEG的摩尔比为1.3∶1-1.4∶1，DEG占预聚体质量的2％-3％，DMPA占预聚体质量的5％-6％。
3.如权利要求1所述的一种有机硅改性水性聚氨酯丙烯酸酯混合乳液的制备方法，其特征在于：所述的步骤(2)中HTPS的用量为预聚体质量的1％-1.5％。
4.如权利要求1所述的一种有机硅改性水性聚氨酯丙烯酸酯混合乳液的制备方法，其特征在于：所述的步骤(3)中HEMA的物质的量与过量-NCO的物质的量的比值为0.35。
5.如权利要求1所述的一种有机硅改性水性聚氨酯丙烯酸酯混合乳液的制备方法，其特征在于：所述的步骤(4)中MMA的用量为预聚体质量的20％-30％。
6.如权利要求1所述的一种有机硅改性水性聚氨酯丙烯酸酯混合乳液的制备方法，其特征在于：所述的步骤(5)中三乙胺的物质的量与DMPA的物质的量相同。
7.如权利要求1所述的一种有机硅改性水性聚氨酯丙烯酸酯混合乳液的制备方法，其特征在于：所述的步骤(6)中水的用量为预聚体总质量的2倍。
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