CN104710575A - 聚氨酯改性丙烯酸酯乳液及其制备、应用于水性木器漆 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种聚氨酯改性丙烯酸酯乳液及其制备、应用于水性木器漆，各成份的重量百分比：脂肪族多异氰酸酯5-10%、聚醚多元醇1-5%、亲核试剂0-5%、甲基丙烯酸甲酯15-25%、丙烯酸丁酯5-10%、甲基丙烯酸0-2%、丙烯酸羟基乙酯0-2%、乳化剂1-3%、过硫酸盐0.1-0.5%、水58-60%，有益效果是：将用封端剂封端的聚氨酯单体运用到聚丙烯酸酯合成乳液中时，能很明显的改善干膜的吸水率、表干时间、拉伸强度、断裂伸长率、抗粘连性以及铅笔硬度等。

Description

聚氨酯改性丙烯酸酯乳液及其制备、应用于水性木器漆

  

技术领域

本发明涉及一种乳液及漆的技术领域，具体是一种聚氨酯改性丙烯酸酯乳液及其制备、应用于水性木器漆。

背景技术

木器漆在日常生活中随处可见，它不仅可以对木材起到装饰的效果，还可以起到很好的保护作用，但是目前市场上的木器漆都是溶剂型的居多，但是随着人们环保意识的不断增强，溶剂型涂料的使用不断受到限制，而水性涂料具有无环境污染、无毒性、无火灾隐患等优点而越来越受到人们的关注和重视。但是水性木器漆由于自身的特性，导致在使用的时候难以达到溶剂型木器漆的效果，这是由于水性木器漆中的丙烯酸酯乳液属于热塑性树脂，对温度敏感，具有“热粘冷脆”的特性，故丙烯酸酯乳液在水性木器漆中会存在成模性、硬度、抗粘连等弊病，同时它可以使漆膜具有高光泽、优异的耐化学品性、丰满度好等优点；与此同时水性聚氨酯乳液则会提供个很好的硬度、柔软性、低温成膜性以及不粘手等优点，这是由于水性聚氨酯乳液自身的结构是由软段以及硬段组成，还会存在微相分离结构，则在成膜过程中软段提供柔韧性，低温成膜性，硬段提供硬度、强度等，则可以很好的克服水性丙烯酸酯乳液的缺点，若将两者结合，则可以很好的互补，笔者通过改变聚氨酯的合成工艺成功的合成出了封端型的PU大单体，再通过核—壳乳液聚合工艺，成功的将其引入丙烯酸酯乳液中，同时对比了该树脂和丙烯酸酯乳液的性能比较。

发明内容

    本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。

为此，本发明的一个目的在于提出一种聚氨酯改性丙烯酸酯乳液及其制备、应用于水性木器漆，合成出具有不同粒子结构的乳胶粒子，它能使乳液具有优异的性能，例如优异的耐醇性、耐水性、涂膜硬度高和抗粘连性能等。

根据本发明的一种聚氨酯改性丙烯酸酯乳液，其特征在于：各成份的重量百分比： 

脂肪族多异氰酸酯          5-10%

聚醚多元醇                1-5%

亲核试剂                  0-5%

甲基丙烯酸甲酯            15-25%

丙烯酸丁酯                5-10%

甲基丙烯酸                0-2%

丙烯酸羟基乙酯            0-2%

乳化剂                    1-3%

过硫酸盐                  0.1-0.5%

水                        58—60%

所述的乳化剂为NP-10乳化剂以及K12乳化剂；

所述的过硫酸盐为过硫酸铵、过硫酸钾与过硫酸钠中的一种或其任意混合而成。

聚氨酯改性丙烯酸酯乳液的制备方法，其特征在于：制备步骤如下：

在干燥氮气的保护下，向装有回流冷凝管、水银温度计以及机械搅拌的四口烧瓶中加入一定量的脂肪族多异氰酸酯和聚醚多元醇，在一定的温度下反应一段时间，试验过程跟踪检测-NCO的残余含量，当-NCO的残余含量到达目标值时，再选用适当的含有活泼氢的亲核试剂把残余的-NCO封端，与此同时或上述一样在反应的过程中需要检测残余的-NCO含量，直至为0时，则反应完全，降温、出料，则制备好了封端型聚氨酯单体；

将上述的聚氨酯单体和丙烯酸酯类单体在一定量的NP-10乳化剂、K-12乳化剂以及去离子水的存在下一起预乳化，乳化20—30分钟，向装有回流冷凝管、水银温度计以及机械搅拌的四口烧瓶中加入一定量的NP-10乳化剂、K-12乳化剂以及去离子水作为底料，当反应瓶的温度升至85°时采用种子乳液聚合，并选取核壳聚合工艺，以聚氨酯单体为核、丙烯酸酯类单体为壳，通过合成工艺的控制，将聚氨酯单体引入丙烯酸酯体系中，则合成出聚氨酯改性水性丙烯酸酯乳液A；然后在用该核壳聚合工艺合成个没有PU大单体存在的乳液B，乳液B和乳液A具有相同的玻璃化温度。

具体进一步， 所述丙烯酸酯类单体为MMA丙烯酸酯单体或BA丙烯酸酯单体或MAA丙烯酸酯单体或HEA丙烯酸酯单体。

水性木器漆，还包括上述聚氨酯改性丙烯酸酯乳液。

水性木器漆，其各成份的质量如下：

聚氨酯改性丙烯酸酯乳液            75份

润湿分散剂                        0.4份

PH调节剂                         0.2份

增稠剂                           0.2份

消泡剂                           0.8份

成膜助剂                         4份

蒸馏水                           19.4份

本发明的有益效果是：1、将用封端剂封端的聚氨酯单体运用到聚丙烯酸酯合成乳液中时，能很明显的改善干膜的吸水率、表干时间、拉伸强度、断裂伸长率、抗粘连性以及铅笔硬度等；2、含有端异氰酸根单体的丙烯酸乳液在一定温度下成膜，在这个过程中随着封端剂的解封以及水分的不断挥发、异氰酸根被释放出来，重新获得活性，可以与丙烯酸酯乳液中的羟基进行交联，产生氨基甲酸酯，由于氨基甲酸酯是属于那种强度高、柔软性比较好，则可以改善乳液的强度以及成膜性等，提高强度是由于它使乳液膜获得二次交联，从而使涂膜的致密性提高，使其交联度提高，则强度、硬度相应的获得了大幅度的改善；3、成膜性是因为聚氨酯的结构是由软硬段组成的，在成膜过程中软段和硬段会出现微相分离，软段就能提高个很好的低温成膜性，则成膜性会相应的得到改善。

具体实施方式

下面结合实例对本发明进行详细说明，以使本领域技术人员更好地理解本发明，但本发明并不局限于以下实例。

下面描述根据本发明实施例的聚氨酯改性丙烯酸酯乳液及其制备、应用于水性木器漆。

一种聚氨酯改性丙烯酸酯乳液，其特征在于：各成份的重量百分比：

脂肪族多异氰酸酯          5-10%

聚醚多元醇                1-5%

亲核试剂                  0-5%

甲基丙烯酸甲酯            15-25%

丙烯酸丁酯                5-10%

甲基丙烯酸                0-2%

丙烯酸羟基乙酯            0-2%

乳化剂                    1-3%

过硫酸盐                  0.1-0.5%

水                        58—60%

所述的乳化剂为NP-10乳化剂以及K12乳化剂；

所述的过硫酸盐为过硫酸铵、过硫酸钾与过硫酸钠中的一种或其任意混合而成。

聚氨酯改性丙烯酸酯乳液的制备方法，其特征在于：制备步骤如下：

在干燥氮气的保护下，向装有回流冷凝管、水银温度计以及机械搅拌的四口烧瓶中加入一定量的脂肪族多异氰酸酯和聚醚多元醇，在一定的温度下反应一段时间，试验过程跟踪检测-NCO的残余含量，当-NCO的残余含量到达目标值时，再选用适当的含有活泼氢的亲核试剂把残余的-NCO封端，与此同时或上述一样在反应的过程中需要检测残余的-NCO含量，直至为0时，则反应完全，降温、出料，则制备好了封端型聚氨酯单体；

将上述的聚氨酯单体和丙烯酸酯类单体在一定量的NP-10乳化剂、K-12乳化剂以及去离子水的存在下一起预乳化，乳化20—30分钟，向装有回流冷凝管、水银温度计以及机械搅拌的四口烧瓶中加入一定量的NP-10乳化剂、K-12乳化剂以及去离子水作为底料，当反应瓶的温度升至85°时采用种子乳液聚合，并选取核壳聚合工艺，以聚氨酯单体为核、丙烯酸酯类单体为壳，通过合成工艺的控制，将聚氨酯单体引入丙烯酸酯体系中，则合成出聚氨酯改性水性丙烯酸酯乳液A；然后在用该核壳聚合工艺合成个没有PU大单体存在的乳液B，乳液B和乳液A具有相同的玻璃化温度。

具体进一步， 所述丙烯酸酯类单体为MMA丙烯酸酯单体或BA丙烯酸酯单体或MAA丙烯酸酯单体或HEA丙烯酸酯单体。

水性木器漆，还包括上述聚氨酯改性丙烯酸酯乳液。

水性木器漆，其各成份的质量如下：

聚氨酯改性丙烯酸酯乳液            75份

润湿分散剂                        0.4份

PH调节剂                         0.2份

增稠剂                           0.2份

消泡剂                           0.8份

成膜助剂                         4份

蒸馏水                           19.4份

 通过以下举例进一步对本发明进行说明。

乳液A、B的基本性能指标。

表1 乳液的基本性质 

基本性质	乳液A	乳液B
			外观	乳白泛兰光	乳白泛兰光
PH	7.5	7.5
			WT%	41.55	41.63
CPS(2#30r)	160	180
			渣（350目滤布）	0.087g	0.065g
机械稳定性（3000r/min 1h）	通过	通过
			储存稳定性（50℃烘箱放置两周测粘度）	无增稠	无增稠

由上表可知，通过核壳聚合工艺合成的聚氨酯改性丙烯酸酯乳液和纯丙烯酸酯乳液在各方面的指标都正常。

干膜的吸水率、表干时间、拉伸强度以及断裂伸长率的对比。

表2 吸水率、拉伸强度以及断裂伸长率结果 

	乳液A	乳液B
			吸水率（%）	0.823	0.915
表干时间（min）	7min45s	8min30s
			拉升强度（MPa）	7.5464	6.9460
断裂伸长率（%）	25.8	30.6

由上表可知：乳液A在吸水率、表干时间、拉伸强度都好于乳液B，而断裂伸长率差于乳液B。

应用在水性木器漆中的性能比较。主要是对比耐化学品、抗粘连性以及铅笔硬度。

表3 耐化学品、抗粘连性以及铅笔硬度的结果 

	乳液A	乳液B
			抗粘连性	4.5	3
4h耐醇	5	5
			4h耐碱	4.8	5
1h耐污染	5	5
			24h耐水	5	5
48h耐水	5	5
			铅笔硬度	2H	1H

由上表可知：聚氨酯改性乳液A在抗粘连性以及铅笔硬度比纯丙乳液B好很多，而且他们的耐化学品性都差不多。

综上所有结果可知，将用封端剂封端的聚氨酯单体运用到聚丙烯酸酯合成乳液中时，能很明显的改善干膜的吸水率、表干时间、拉伸强度、断裂伸长率、抗粘连性以及铅笔硬度等。这是由于聚氨酯链段的引入，降低了整个体系的极性基团的密度，与水形成氢键的能力减弱，则水分子更容易扩散，还有就是因为含有端异氰酸根单体的丙烯酸乳液在一定温度下成膜，在这个过程中随着封端剂的解封以及水分的不断挥发、异氰酸根被释放出来，重新获得活性，可以与丙烯酸酯乳液中的羟基进行交联，产生氨基甲酸酯，由于氨基甲酸酯是属于那种强度高、柔软性比较好，则可以改善乳液的强度以及成膜性等，提高强度是由于它使乳液膜获得二次交联，从而使涂膜的致密性提高，使其交联度提高，则强度、硬度相应的获得了大幅度的改善；而成膜性是因为聚氨酯的结构是由软硬段组成的，在成膜过程中软段和硬段会出现微相分离，软段就能提高个很好的低温成膜性，则成膜性会相应的得到改善。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (5)

1.聚氨酯改性丙烯酸酯乳液，其特征在于：各成份的重量百分比：

脂肪族多异氰酸酯          5-10%

聚醚多元醇                1-5%

亲核试剂                  0-5%

甲基丙烯酸甲酯            15-25%

丙烯酸丁酯                5-10%

甲基丙烯酸                0-2%

丙烯酸羟基乙酯            0-2%

乳化剂                    1-3%

过硫酸盐                  0.1-0.5%

水                        58—60%

所述的乳化剂为NP-10乳化剂以及K12乳化剂；

所述的过硫酸盐为过硫酸铵、过硫酸钾与过硫酸钠中的一种或其任意混合而成。

2.聚氨酯改性丙烯酸酯乳液的制备方法，其特征在于：制备步骤如下：

在干燥氮气的保护下，向装有回流冷凝管、水银温度计以及机械搅拌的四口烧瓶中加入一定量的脂肪族多异氰酸酯和聚醚多元醇，在一定的温度下反应一段时间，试验过程跟踪检测-NCO的残余含量，当-NCO的残余含量到达目标值时，再选用适当的含有活泼氢的亲核试剂把残余的-NCO封端，与此同时或上述一样在反应的过程中需要检测残余的-NCO含量，直至为0时，则反应完全，降温、出料，则制备好了封端型聚氨酯单体；

将上述的聚氨酯单体和丙烯酸酯类单体在一定量的NP-10乳化剂、K-12乳化剂以及去离子水的存在下一起预乳化，乳化20—30分钟，向装有回流冷凝管、水银温度计以及机械搅拌的四口烧瓶中加入一定量的NP-10乳化剂、K-12乳化剂以及去离子水作为底料，当反应瓶的温度升至85°时采用种子乳液聚合，并选取核壳聚合工艺，以聚氨酯单体为核、丙烯酸酯类单体为壳，通过合成工艺的控制，将聚氨酯单体引入丙烯酸酯体系中，则合成出聚氨酯改性水性丙烯酸酯乳液A；然后在用该核壳聚合工艺合成个没有PU大单体存在的乳液B，乳液B和乳液A具有相同的玻璃化温度。

3.根据权利要求2的所述聚氨酯改性丙烯酸酯乳液的制备方法，其特征在于： 所述丙烯酸酯类单体为MMA丙烯酸酯单体或BA丙烯酸酯单体或MAA丙烯酸酯单体或HEA丙烯酸酯单体。

4.水性木器漆，其特征在于：还包括如权利要求1所述聚氨酯改性丙烯酸酯乳液。

5.根据权利要求4述的水性木器漆，其特征在于：各成份的质量如下：

聚氨酯改性丙烯酸酯乳液            75份

润湿分散剂                        0.4份

PH调节剂                         0.2份

增稠剂                           0.2份

消泡剂                           0.8份

成膜助剂                         4份

蒸馏水                           19.4份。