有机硅改性丙烯酸聚氨酯杂合乳液及由其制成的水性涂料

摘要

本发明公开了一种核壳结构有机硅改性丙烯酸聚氨酯杂合乳液，其包括重量比是1:1‑3的核预乳液组分A和壳预乳液组分B，所述核预乳液组分A由二元醇、多异氰酸酯、DMPA、1,4‑丁二醇、1,6‑己二醇、催化剂NMP、聚硅氧烷、聚硅氧烷和聚氧乙烯共聚物、聚醚改性聚硅氧烷、乙烯基聚硅氧烷和水组成；所述壳预乳液组分B由有机硅改性聚氨酯杂化分散体、MMA单体、BA单体、N‑羟甲基丙烯酰胺、正十二硫醇、烷基聚氧乙烯醚、异构醇聚氧乙烯醚、烯丙基醚羟丙基磺酸钠、引发剂、亚硫酸氢钠、雕白粉和水组成。本发明以自制的杂合乳液为成膜物，筛选各种助剂获得高性能的水性木器涂料，制备得到的水性木器涂料具有优异的固化性能好、VOC含量小，耐酸碱、抗老化性能。

说明书

技术领域

本发明涉及涂料技术领域，具体涉及核壳结构型有机硅改性丙烯酸聚氨酯杂合乳液及由其制成的水性木器涂料。

背景技术

涂料是一种施工方便、价格实惠的化工产品，凡是用水作溶剂或者作分散介质的涂料，都可称为水性涂料。水性涂料不仅能具有装饰作用，装饰建筑、机械等表面，且具有一定的功能，例如防腐、防酸、抗静电、抗老化等，可以防止器具的表面锈蚀，延长使用寿命，随着工业的不断发展，涂料逐渐往功能性和环保型方向发展。

目前，市场上还存在较多的油漆，其内容物不形成漆膜，而是以有机物的形式挥发到大气中，这些机物质会产生一定的光电反应，对臭氧层有一定的破坏作用，还对人体有一定的毒害作用，例如刺激粘膜和其它系统，使人感到头痛、恶心、呕吐、乏力等，严重时会出现抽搐、昏迷等症状，造成记忆力减退等严重后果。

因此，有必要研发一种固化性能好、VOC含量小，耐酸碱、抗老化性能优异的水性涂料。

发明内容

本发明的目的是提供自制有机硅改性丙烯酸聚氨酯杂合乳液作为成膜物质，并筛选各种助剂获得具有固化性能好、VOC含量小，耐酸碱、抗老化性能优异的水性木器涂料。

本发明采用的技术方案是：一种核壳结构有机硅改性丙烯酸聚氨酯杂合乳液，所述核壳结构有机硅改性丙烯酸聚氨酯杂合乳液包括核预乳液组分A和壳预乳液组分B，且核预乳液组分A和壳预乳液组分B的重量比是1∶1-3；

其中，所述核预乳液组分A由以下重量份数的组分组成：20-30份二元醇、多异氰酸酯7-15份、0.5-3.5份DMPA、0.5-1.5份1,4-丁二醇、0.5-2份1,6-己二醇、0.5-2份催化剂NMP、1.2-4份聚硅氧烷、1-5份聚硅氧烷和聚氧乙烯共聚物、1-6份聚醚改性聚硅氧烷、1.5-6份乙烯基聚硅氧烷和50-60份水；

所述壳预乳液组分B由以下重量份数的组分组成：20-28份有机硅改性聚氨酯杂化分散体、10-16份MMA单体、5-10份BA单体、1.5-5份N-羟甲基丙烯酰胺、0.02-0.1份正十二硫醇、0.8-2份烷基聚氧乙烯醚、0.2-0.6份异构醇聚氧乙烯醚、0.02-0.15份烯丙基醚羟丙基磺酸钠、0.2-0.6份引发剂、0.1-0.6份亚硫酸氢钠、0.02-0.1份雕白粉和45-55份水。

优选的，核预乳液组分A中的二元醇选自聚碳酸酯二元醇、聚酯二元醇、聚四氢呋喃醚二醇和聚己内酯二元醇中的一种或几种。

优选的，核预乳液组分A中的多异氰酸酯选自甲苯二异氰酸酯和异佛尔酮二异氰酸酯中的一种或两种。

优选的，壳预乳液组分B中的引发剂是由过硫酸铵引发剂和叔丁基过氧化氢引发剂按重量比4-7∶1的比例复配。

本发明还提供了核壳结构有机硅改性丙烯酸聚氨酯杂合乳液的制备方法，包括以下步骤：

1)在装有搅拌器和冷凝管的四口烧瓶中，加入、二元醇，加热熔化，搅拌，升温到120℃，抽真空到-0.06MPa脱水1小时，然后降温到40℃，再加入多异氰酸酯，升温到100℃反应1小时，再降温到60℃，加入DMPA、1,4-丁二醇和1,6-己二醇，再升温到85℃反应2小时，然后降温到40℃，加入催化剂NMP、聚硅氧烷、聚醚改性聚硅氧烷、乙烯基聚硅氧烷、聚硅氧烷和聚氧乙烯共聚物，升温至55℃反应3小时，降温到30℃，将所得的聚合液移到分散机下，在中速搅拌300-500r/min下反应3分钟，然后调到800-1000r/min高速搅拌并同时加入水进行分散，最后得到乳白色半透明的液体，进一步升温，脱醋酸，得到核预乳液组分A；

2)将步骤1)中制备的核预乳液组分A的温度调整为85℃，放入有机硅改性聚氨酯杂化分散体、N-羟甲基丙烯酰胺、正十二硫醇、配方中30-50％的MMA单体、配方中40-60％的BA单体、配方中20-50％的引发剂，进行初引发，再加入烷基聚氧乙烯醚、异构醇聚氧乙烯醚、烯丙基醚羟丙基磺酸钠、亚硫酸氢钠、雕白粉、水和配方中剩余的MMA单体、配方中剩余的BA单体、配方中剩余的引发剂，进行聚合反应，即得到核壳结构有机硅改性丙烯酸聚氨酯杂合乳液。

本发明还提供了包括核壳结构有机硅改性丙烯酸聚氨酯杂合乳液的水性木器色漆，包括以下重量份数的组分：400-500份核壳结构有机硅改性丙烯酸聚氨酯杂合乳液、120-220份钛白粉、35-60份碳酸钙、40.5-89.5份助剂、200-250去离子水和22-38份醇酯12。

优选的，所述助剂包括2-8份增稠剂、1-5份消泡剂、15-25份润湿剂、12-25份分散剂、6-12份流平剂、0.5-1.5份防霉剂、1-5份闪蚀抑制剂和3-8份pH值调节剂。

本发明还提供了水性木器色漆的制备方法，包括以下步骤：

1)在反应釜中依次投入有机硅改性丙烯酸聚氨酯杂合乳液、去离子水、钛白粉、碳酸钙、助剂和醇酯12，搅拌混合均匀，得到混合乳液；

2)将步骤1)得到的混合乳液放到三辊机上分散至细度＜30um，即可得到水性木器色漆。

本发明还提供了包括核壳结构有机硅改性丙烯酸聚氨酯杂合乳液的水性木器清漆，包括以下重量份数的组分：700-820份核壳结构有机硅改性丙烯酸聚氨酯杂合乳液、40.5-89.5份助剂、120-150去离子水和40-60份醇酯12。

优选的，所述助剂包括2-8份增稠剂、1-5份消泡剂、15-25份润湿剂、12-25份分散剂、6-12份流平剂、0.5-1.5份防霉剂、1-5份闪蚀抑制剂和3-8份pH值调节剂。

本发明还提供了水性木器清漆的制备方法，包括以下步骤：

1)在反应釜中依次投入有机硅改性丙烯酸聚氨酯杂合乳液、去离子水、助剂和醇酯12，搅拌混合均匀，得到混合乳液；

2)将步骤1)得到的混合乳液放到三辊机上分散至细度＜30um，即可得到水性木器清漆。

本发明的有益效果是：本发明从结构设计和性能设计的基本理论出发，以自制的杂合乳液为成膜物，筛选各种助剂获得高性能的水性木器涂料，制备得到的水性木器涂料具有优异的固化性能好、VOC含量小，耐酸碱、抗老化性能。

具体实施方式

实施例1

一种核壳结构有机硅改性丙烯酸聚氨酯杂合乳液，所述核壳结构有机硅改性丙烯酸聚氨酯杂合乳液包括核预乳液组分A和壳预乳液组分B，且核预乳液组分A和壳预乳液组分B的重量比是1∶1；

其中，核预乳液A配方为：

壳预乳液B配方为：

组份用料量有机硅改性聚氨酯杂化分散体20MMA单体(甲基丙烯酸甲酯单体)10BA单体(丙烯酸丁酯单体)5N-羟甲基丙烯酰胺1.5正十二硫醇0.02烷基聚氧乙烯醚0.8异构醇聚氧乙烯醚0.2烯丙基醚羟丙基磺酸钠0.02引发剂过硫酸铵0.16引发剂叔丁基过氧化氢0.04亚硫酸氢钠0.1雕白粉0.02水45

水性木器色漆的配方如下：

其中，核壳结构有机硅改性丙烯酸聚氨酯杂合乳液的制备方法，包括以下步骤：

1)在装有搅拌器和冷凝管的四口烧瓶中，加入、二元醇，加热熔化，搅拌，升温到120℃，抽真空到-0.06MPa脱水1小时，然后降温到40℃，再加入多异氰酸酯，升温到100℃反应1小时，再降温到60℃，加入DMPA、1，4-丁二醇和1，6-己二醇，再升温到85℃反应2小时，然后降温到40℃，加入催化剂NMP、聚硅氧烷、聚醚改性聚硅氧烷、乙烯基聚硅氧烷、聚硅氧烷和聚氧乙烯共聚物，升温至55℃反应3小时，降温到30℃，将所得的聚合液移到分散机下，在中速搅拌300-500r/min下反应3分钟，然后调到800-1000r/mim高速搅拌并同时加入水进行分散，最后得到乳白色半透明的液体，进一步升温，脱醋酸，得到核预乳液组分A；

2)将步骤1)中制备的核预乳液组分A的温度调整为85℃，放入有机硅改性聚氨酯杂化分散体、N-羟甲基丙烯酰胺、正十二硫醇、配方中30-50％的MMA单体、配方中40-60％的BA单体、配方中20-50％的引发剂，进行初引发，再加入烷基聚氧乙烯醚、异构醇聚氧乙烯醚、烯丙基醚羟丙基磺酸钠、亚硫酸氢钠、雕白粉、水和配方中剩余的MMA单体、配方中剩余的BA单体、配方中剩余的引发剂，进行聚合反应，即得到核壳结构有机硅改性丙烯酸聚氨酯杂合乳液。

其中，水性木器色漆的制备方法，包括以下步骤：

1)在反应釜中依次投入有机硅改性丙烯酸聚氨酯杂合乳液、去离子水、钛白粉、碳酸钙、助剂和醇酯12，搅拌混合均匀，得到混合乳液；

2)将步骤1)得到的混合乳液放到三辊机上分散至细度＜30um，即可得到水性木器色漆。

实施例2

一种核壳结构有机硅改性丙烯酸聚氨酯杂合乳液，所述核壳结构有机硅改性丙烯酸聚氨酯杂合乳液包括核预乳液组分A和壳预乳液组分B，且核预乳液组分A和壳预乳液组分B的重量比是1∶1.5；

其中，核预乳液A配方为：

壳预乳液B配方为：

组份用料量有机硅改性聚氨酯杂化分散体23MMA单体(甲基丙烯酸甲酯单体)12BA单体(丙烯酸丁酯单体)6N-羟甲基丙烯酰胺3正十二硫醇0.05烷基聚氧乙烯醚1异构醇聚氧乙烯醚0.3烯丙基醚羟丙基磺酸钠0.05引发剂过硫酸铵0.25引发剂叔丁基过氧化氢0.05亚硫酸氢钠0.2雕白粉0.05水18

水性木器清漆的配方如下：

其中，核壳结构有机硅改性丙烯酸聚氨酯杂合乳液的制备方法与实施例1的核壳结构有机硅改性丙烯酸聚氨酯杂合乳液的制备方法相同。

其中，水性木器清漆的制备方法，包括以下步骤：

1)在反应釜中依次投入有机硅改性丙烯酸聚氨酯杂合乳液、去离子水、助剂和醇酯12，搅拌混合均匀，得到混合乳液；

2)将步骤1)得到的混合乳液放到三辊机上分散至细度＜30um，即可得到水性木器色漆。

实施例3

一种核壳结构有机硅改性丙烯酸聚氨酯杂合乳液，所述核壳结构有机硅改性丙烯酸聚氨酯杂合乳液包括核预乳液组分A和壳预乳液组分B，且核预乳液组分A和壳预乳液组分B的重量比是1∶2；

其中，核预乳液A配方为：

壳预乳液B配方为：

组份用料量有机硅改性聚氨酯杂化分散体24MMA单体(甲基丙烯酸甲酯单体)13BA单体(丙烯酸丁酯单体)7N-羟甲基丙烯酰胺3正十二硫醇0.08烷基聚氧乙烯醚1.5异构醇聚氧乙烯醚0.3烯丙基醚羟丙基磺酸钠0.08引发剂过硫酸铵0.26引发剂叔丁基过氧化氢0.05亚硫酸氢钠0.2雕白粉0.05水52

水性木器色漆的配方如下：

其中，核壳结构有机硅改性丙烯酸聚氨酯杂合乳液的制备方法与实施例1的核壳结构有机硅改性丙烯酸聚氨酯杂合乳液的制备方法相同。

水性木器色漆的制备方法与实施例1的水性木器色漆的制备方法相同。

实施例4

一种核壳结构有机硅改性丙烯酸聚氨酯杂合乳液，所述核壳结构有机硅改性丙烯酸聚氨酯杂合乳液包括核预乳液组分A和壳预乳液组分B，且核预乳液组分A和壳预乳液组分B的重量比是1∶2.5；

其中，核预乳液A配方为：

壳预乳液B配方为：

组份用料量有机硅改性聚氨酯杂化分散体25MMA单体(甲基丙烯酸甲酯单体)15BA单体(丙烯酸丁酯单体)8N-羟甲基丙烯酰胺4正十二硫醇0.08烷基聚氧乙烯醚1.5异构醇聚氧乙烯醚0.4烯丙基醚羟丙基磺酸钠0.12引发剂过硫酸铵0.4引发剂叔丁基过氧化氢0.1亚硫酸氢钠0.5雕白粉0.07水52

水性木器清漆的配方如下：

其中，核壳结构有机硅改性丙烯酸聚氨酯杂合乳液的制备方法与实施例1的核壳结构有机硅改性丙烯酸聚氨酯杂合乳液的制备方法相同。

其中，水性木器清漆的制备方法与实施例1的水性木器清漆的制备方法相同。

实施例5

一种核壳结构有机硅改性丙烯酸聚氨酯杂合乳液，所述核壳结构有机硅改性丙烯酸聚氨酯杂合乳液包括核预乳液组分A和壳预乳液组分B，且核预乳液组分A和壳预乳液组分B的重量比是1∶3；

其中，核预乳液A配方为：

壳预乳液B配方为：

组份用料量有机硅改性聚氨酯杂化分散体28MMA单体(甲基丙烯酸甲酯单体)16BA单体(丙烯酸丁酯单体)10N-羟甲基丙烯酰胺5正十二硫醇0.1烷基聚氧乙烯醚2异构醇聚氧乙烯醚0.6烯丙基醚羟丙基磺酸钠0.15引发剂过硫酸铵0.5引发剂叔丁基过氧化氢0.1亚硫酸氢钠0.6雕白粉0.1水55

水性木器色漆的配方如下：

其中，核壳结构有机硅改性丙烯酸聚氨酯杂合乳液的制备方法与实施例1的核壳结构有机硅改性丙烯酸聚氨酯杂合乳液的制备方法相同。

水性木器色漆的制备方法与实施例1的水性木器色漆的制备方法相同。

将实施例1-5制备的水性木器涂料(包括水性木器色漆和水性木器清漆)进行性能检测，均满足以下指标。

本发明的水性木器涂料实现了三重自交联结构，较国内目前单组份水性木器漆产品的固化性能大为提高，耐溶剂/化学戒指等性能指标比较同行优异，且VOC含量小于80g/L，低于标准的150g/L。