一种羟基聚丙烯酸酯乳液及其制备方法与应用
【技术领域】
[0001] 本发明涉及水性双组份聚氨酯涂料，具体涉及一种羟基聚丙烯酸酯乳液及其制备 方法与应用。
【背景技术】
[0002] 现有木器涂料多为溶剂型涂料，含有超过50%以上的有机溶剂，这些溶剂在施工 过程中会挥发到大气中污染环境，还损害人体健康，并且有机溶剂本身会带来如燃烧、爆炸 等安全隐患。因此，木器涂料的水性化是国际涂料发展的趋势。水性木器涂料包括单组份 和双组份水性木器涂料。其中单组份水性木器涂料的漆膜性能包括耐水性、耐化学品性及 硬度等方面不好，与油性涂料差距较大，严重限制了水性木器涂料的推广应用。双组份水性 木器涂料的机械性能、耐水性和耐化学品性与溶剂型木器涂料相当，能很好的克服了单组 份水性木器涂料的缺点。2015年1月我国已发布了关于对溶剂型涂料征收消费税的法令， 使得双组份水性木器涂料将成为高档水性木器涂料的首选。
[0003] 双组份水性聚氨酯涂料具有优异的涂膜性能得到广泛的研究和应用，它由水性聚 合物多元醇和水性多异氰酸酯固化剂组成，分开包装，使用时按比例混合。其中水性聚合物 多元醇包括水性聚丙烯酸酯多元醇、水性聚氨酯多元醇、水性聚酯多元醇和聚醚多元醇以 及混合多元醇。其中水性聚丙烯酸酯多元醇具有优异的保色、保光和耐候性，价格便宜，且 分子量、玻璃化转变温度（Tg)和羟基含量易于调节等优点，是目前双组份水性聚氨酯涂料 中水性聚合物多元醇的首选。采用不同聚合工艺可制得乳液型和分散体型两类聚丙烯酸酯 多元醇。水性聚丙烯酸酯分散体的羟基含量较高，配制的涂膜具有优异的耐水性及耐化学 品性，存在生产过程中使用大量有机溶剂，产品固体含量较低，一般为30%-40%，且漆膜 干速慢，成本高等缺点。相比之下，乳液型聚丙烯酸酯多元醇（也称羟基聚丙烯酸酯乳液） 生产工艺简单，固含可高达50%以上，成本低，且干速快。因此，羟基聚丙烯酸酯乳液配制的 双组份聚氨酯涂料占有较大的水性双组份涂料的市场空间。
[0004] 现有羟基聚丙烯酸酯乳液与水性多异氰酸酯固化剂配制的漆膜仍然存在外观差、 耐化学品性差、硬度低等问题。漆膜外观差的主要表现有漆膜透明性差，光泽低等，其主要 原因是羟基聚丙烯酸酯乳液对固化剂的乳化分散能力差及与固化剂的相容性不好。为保证 漆膜高硬度而设计的聚丙烯酸酯的Tg较高时，与固化剂的相容性不好导致漆膜外观差。漆 膜的交联密度越高，其耐化学品性越好，高羟基含量的聚丙烯酸酯可得到高交联密度的漆 膜。但常规的高羟基含量的聚丙烯酸酯乳液的聚合稳定性较差，工业化生产不稳定。另外， 乳液聚合中的过量使用乳化剂或乳化剂搭配不当会降低漆膜的光泽和耐化学品性。目前， 通过提高羟基聚丙烯酸酯乳液的玻璃化温度和羟基含量来提高水性双组份聚氨酯漆膜硬 度和耐化学品性能，还会导致在配漆过程中需要更多的有机小分子成膜助剂和固化剂（固 化剂中常含有一定量的助溶剂），增加涂料中挥发性有机化合物（VOC)含量，也会导致涂料 成本上升。因此，常规的方法较难改善羟基聚丙烯酸酯乳液型双组份漆膜的外观差、耐化学 品性差、硬度低等问题。
[0005] 中国发明专利申请0附03059210通过添加2%_5%的含氟丙烯酸单体来改性羟基 聚丙烯酸酯乳液，虽会稍微改善了双组份漆膜的耐水性和耐化学品性，由于含氟丙烯酸酯 单体的疏水疏油的特性使其聚合反应的转化率不高，易造成有含氟单体的大量残留，还造 成漆膜的层间附着力差等问题，而且含氟丙烯酸酯单体价格昂贵造成聚合物乳液成本急剧 上升等。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的在于克服现有技术存在的问题，提供一种实现羟基聚丙烯酸酯乳液 羟基含量的易调节，使不同结构、不同分子量、不同玻璃化温度的多种羟基树脂与固化剂形 成多重交联结构的羟基聚丙烯酸酯乳液及其制备方法。
[0007] 本发明另一目的在于提供所述羟基聚丙烯酸酯乳液在水性双组份聚氨酯涂料中 的应用，使得双组份聚氨酯涂料的涂膜硬度达到H，光泽（60° )达到83%，具有优异的耐水 /乙醇性能，还具有良好的耐干热性。
[0008] 本发明针对现有技术的不足，采用在羟基聚丙烯酸酯乳液聚合过程中外添加高羟 基含量的低聚物的工艺，制备羟基含量适当的羟基聚丙烯酸酯乳液，该工艺不仅实现羟基 聚丙烯酸酯乳液羟基含量的易调节，而且使不同结构、不同分子量、不同Tg的多种羟基树 脂与固化剂形成多重交联结构。与不添加羟基低聚物的相同羟基含量的常规乳液相比，极 大的改善了漆膜外观，提高了漆膜硬度，解决耐化学品差等难题。同时，在保证乳液聚合稳 定性及高单体转化率的前提下，本发明羟基聚丙烯酸酯乳液的羟基含量的可调范围更广， 使高羟基含量的羟基聚丙烯酸酯乳液易实现大规模工业化生产。另外，本发明采用特殊丙 烯酸单体，如（甲基）丙烯酸异冰片酯，改善羟基聚丙烯酸酯乳液与固化剂的相容性，从而 改善漆膜外观。
[0009] 实现本发明的目的所采用的技术方案：
[0010] 羟基聚丙烯酸酯乳液的制备方法，包含如下步骤：
[0011] 以质量份数计，称取丙烯酸酯单体和/或甲基丙烯酸酯单体30~45份、羟基丙烯 酸酯单体5~15份、丙稀酸单体I. 0~3. 0份，丙稀酸酯功能单体0. 5~3. 0份，羟基低聚 物0. 5~3份，混合均匀制备单体混合物，取10-15%的单体混合物用1-2份乳化剂乳化制 备种子预乳化液备用；
[0012] 将1~2份乳化剂、0. 05-0. 2份碳酸氢钠和20~30份去离子水加入反应爸中，开 搅拌并升高反应体系的温度，当温度达到78-83°C后加入10-15%的引发剂，稳定5-15分钟 后，在15-30分钟内滴加完种子预乳化液，稳定15-30分钟，将剩余单体混合物和用10~20 份水溶解剩余的引发剂在3-4小时内滴完，升温至80-85°C熟化1-2小时，降温至40-60°C， 用3~10份水稀释0. 3~0. 6份中和剂中和，保温15-30分钟后降温出料得羟基聚丙烯酸 酯乳液；
[0013] 所述羟基丙烯酸酯单体为丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙酯、甲基丙烯酸羟乙酯和甲 基丙烯酸羟丙酯的一种或多种；
[0014] 所述羟基丙烯酸酯单体为丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙酯、甲基丙烯羟乙酯和甲基 丙烯酸羟丙酯的一种或多种。
[0015] 所述丙烯酸单体为丙烯酸、甲基丙烯酸的一种或多种。
[0016] 所述丙烯酸酯功能单体为丙烯酰胺、甲基丙烯酸异冰片酯、甲基丙烯酸缩水甘油 酯、甲基丙烯酸乙酰乙酰氧基乙酯的一种或多种。
[0017] 所述羟基低聚物为巴斯夫公司的醛树脂A81，长沙倡泰实业有限公司的醛酮树脂 KR-80F、KR-120、KR120B、KR-120W，翁开尔公司醛酮树脂的 UK-100、UK-300、UK-500、巴陵石 化醛酮树脂的YHKR-1210、YHKR-1218的一种或多种。
[0018] 所述乳化剂为异构醇聚氧乙烯醚（EH-9)、艾迪科公司的ADEKA REAS0AP系列非离 子（ER-30)和阴离子（SR-10)乳化剂、2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸钠（C0PS-2)、脂肪醇 聚氧乙烯醚硫酸铵（KL-525)、十二烷基硫酸钠（SDS)中的一种或多种。
[0019] 所述引发剂为过硫酸钾、过硫酸铵的一种或多种。
[0020] 一种羟基聚丙烯酸酯乳液，由上述制备方法制得。所得的羟基聚丙烯酸酯乳液粒 径< 30011111，固体含量 45-52%，羟值为 40-15011^1(0!1/^，了8为10-80°(：。
[0021] 本发明羟基聚丙烯酸酯乳液主