聚氨酯/聚丙烯酸酯复合乳液最新研制进展(2)
2013-08-24 01:05
导读：先用多元醇和多异氰酸酯制备聚氨酯预聚物，然后加入带有不饱和键的封端剂，作为PU、PA共聚桥梁；最后经乳液聚合制得PUA共聚乳液。常用作封端剂的有
先用多元醇和多异氰酸酯制备聚氨酯预聚物，然后加入带有不饱和键的封端剂，作为PU、PA共聚桥梁；最后经乳液聚合制得PUA共聚乳液。常用作封端剂的有：丙烯酸羟烷基酯、马来酸酐或富马酸以及（甲基）丙烯酸酐等。下面将分别讨论。
3.2.1 用丙烯酸羟烷基酯作为封端剂用此法制备的PUA共聚乳液具有良好的低温稳定性和耐水性、粘接性好、涂膜光亮、抗污染等优点，特别适用于作外部涂料。 该方法的基本过程为：1、PU预聚体的制备：式2．若PU预聚体上带有羧基，则用碱中和。3、用丙烯酸羟烷基酯作封端剂：CH2==CH—CO—OR3OH OCN—PU—NCO→CH2==CH—CO—OR3O—CO—NH—PU—NH—CO—OR3O—CO—CH==CH24、乳液共聚合反应：式日本专利<14>曾报道了一种用此法制备的丙烯酸聚氨酯水分散性树脂组合物。另外，李坚等人<15>也用此法制得了PUA共聚乳液，并讨论了PU的用量对乳液共聚反应的时间、残余单体含量以及共聚乳液的粘度、粒径、粘接性能的影响，具有参考价值。
3.2.2．用马来酸酐或富马酸作为封端剂该制备过程可由如下一些反应式表示：1、PU预聚物的制备：同上2、用二胺扩链反应：式3、用马来酸酐酰化反应：式4、碱中和反应：PU–U–CO–CH=CH–COOH→PU–U–CO–CH=CH–COONa5、同丙烯酸酯乳液共聚合：式用此法制备的PUA乳液比同样组分的共混乳液有更好的稳定性、耐水、耐氨水、耐盐酸、耐溶剂性及较高的拉伸强度。目前，傅荣兴等人<16,17>对此方法研究得较多。
3.2.3．用甲基丙烯酸酐作封端剂先合成亲水化的聚氨酯预聚体，然后将此预聚体同（甲基）丙烯酸酐反应，得到带乙烯基的聚氨酯，最后加入丙烯酸酯进行乳液共聚，形成PUA复合乳液，该乳液具有优良的机械性能和热稳定性能，并且能长时间稳定。其涂膜的柔韧性随聚氨酯树脂含量改变而改变<18>。其制备过程与3.2.2所述相似。由此可见，用大分子单体法制得的PUA共聚乳液具有优良的性能。但是，它在合成工艺上却存在着难点。大分子单体的长链势必会影响不饱和端基的活性，影响其聚合，甚至产生共混物。据报道，该大分子单体对丙烯酸酯类单体的聚合有一定的缓解作用<19>。因此，为避免产生共混物，需要寻找一种活性高的封端剂，这势必提高产品的价格。
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3.3 大分子引发剂法该过程的基本步骤如下：1、PU预聚体的制备：同上。2、PU预聚体的偶氮化：式3、共聚物反应式4、真空蒸馏除去溶剂。5、与水混合、乳化。据报道：此乳液共聚物能形成具有良好韧性和耐醇，耐热的固化产品，且在共聚过程中，无需加入其他引发剂。但该共聚反应是在溶液中进行的，要得到乳液，需要脱溶剂和加水乳化等步骤，工艺繁锁。日本专利JP95-03110、JP06-17000分别以偶氮二异丙醇、2,2'-偶氮-二<2-羟甲基丙腈>作封端剂，制备了性能优良PUA水性涂料。
3.4 双预聚体法先分别合成既含羧基又含羟基的PA预聚体和含有一个NCO基的低分子量PU预聚体。然后将两者共聚，进行扩链，生成嵌段共聚物。由于此共聚物中剩余的NCO基被封闭并处于胶粒内部疏水聚合物链段中，而含活泼氢的-OH或-COOH则处在胶粒外层亲水链上，因此，该类PUA复合乳液具有很好的静置稳定性，粒径分布比较均一，阴离子型优于阳离子型，但乳液不耐高温，这是因为不同的封端剂有不同的解封温度。许美萱等人<19>用丙酮肟半封闭PU预聚体合成PUA，其聚丙烯酸酯部分带有羧基，能起自乳化作用。其自由的羧基使聚合物粒子稳定，乳液膜的耐水性能优异。申永泰等人<20>通过各种配方对该PUA嵌段共聚乳液进行了详尽的研究。结果表明：聚丙烯酸酯中的羟基含量必须能在到与NCO基充分反应完全的程度，而羧基的含量则必须保证经共聚后的在共聚物中的酸值要在20以上，低于20则难以形成稳定的乳液。制备该共聚体的关键是计算好NCO/OH的比值，一般按1:1.3以上较为合适，低于此值则会消耗羧基，使乳液的稳定性降低。若不封闭PU预聚体的剩余NCO基，则可生成三嵌段共聚物<21>。另外，BASF公司在中国申请的专利<22>报道了一种含有聚甲基丙烯酸酯二醇作为结构单元的PA树脂涂料。其制备过程如下：1、末端带有羟基官能团的聚甲基丙烯酸酯与二醇，在加入本身已知的非碱性酯基转移催化剂条件下，按聚甲基丙烯酸酯/二醇的摩尔比为1:1至1:10反应获得聚甲基丙烯酸酯二醇。2、聚甲基丙烯酸酯二醇与多异氰酸酯反应制得PUA多嵌段复合物。3、加入中和试剂，并加水乳化，形成PUA复合乳液。
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3.5 接枝法通过不饱和多元醇的聚氨酯预聚体或通过不饱和异氰酸酯生成不饱和PU预聚体，然后再与丙烯酸乳液共聚，形成PUA接枝乳液共聚物。以第一种途径为例，其基本过程如下：1、不饱和PU预聚体的生成：式2、乳液共聚反应：式MHirose等人<6>和日本专利<23>分别报道了用该接枝共聚物作核-壳复合乳液的方法。此法的工艺过程虽然简单，但单体不易得到。
3.6 其他方法杨文堂<24>曾报道了PU改性丙烯酸树脂皮革涂饰剂的研制。其制备过程如下：在PU的分子链段中引入氨的衍生物，该氨的衍生物很容易与丙烯酸树脂分子中的羧基发生化合反应，而生成稳定的带有聚氨酯链段大分子胺类化合物。台湾Tamkang大学的Guan-NanChen等人<25>研制出了一种水性PU与缩水甘油基甲基丙烯酸酯共聚物的复合物，其制备方法是：1、用异佛尔酮二异氰酸酯，多元丙烯甘醇-1000和2,2,-二羟甲基丙酸制得带有酸基的水性PU预聚体。2、用氨基化合物将此PU预聚体封端。3、通过缩水甘油基甲基丙烯酸酯和其他烷基丙烯酸酯乳液共聚，制得GMA共聚物。4、GMA共聚物中的环氧化合物与PU预聚体中的氨基在室温下反应，形成均相复合共聚物。
4．结论
综上所述，制备PUA复合乳液的方法很多，并且复合乳液性能优于单一的PU或PA乳液。嵌段和接枝共聚在微观结构上呈分子尺度的相分离<26>，傲是其涂膜的粘接性、综合机械性能及外观得以较大的改善。因此，尽管PUA乳液共聚法存在着一些问题，但随着研究的不断强化和深入，它必定日臻完善。
