【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及汽车用漆领域，特别是一种水性丙烯酸-聚氨酯复合乳液、漆及其制备方法和应用。
技术介绍
1、汽车涂料包括底漆、中涂、底色漆和罩光漆。传统油性汽车涂料的voc排放量是汽车制造业中的主要污染源之一，尤其是底色漆，由于性能需求，只能在较低固含量情况下施工，因此是所用涂层中溶剂含量最多的，占voc总排放量的50％以上。近年来，随着环保意识的广泛提高，环保法规的日益严格，水性汽车涂料的开发蓬勃发展。色漆及中涂的水性体系包括传统的3c2b(三涂二烘，即底漆(c)→烘烤(b)→色漆(c)→清漆(c)→烘烤(b))，3c1b(三涂一烘，即底漆(c)→色漆(c)→清漆(c)→烘烤(b))和目前最为主流的b1b2(底漆b1→面漆b2)免中涂工艺。其中用到的成膜树脂主要是丙烯酸乳液和水性聚氨酯分散体。丙烯酸乳液具有一定的流变性，有助于金属粉的定向排列，但是流平性可能受到影响，还容易引起干湿膜色差，不利于调色。水性聚氨酯分散体可以帮助调整涂料的流平性及可调色性，同时提供漆膜优异的附着力，柔韧性，耐光耐候耐化性等。目前大部分水性汽车色漆都是通过丙烯酸自增稠乳液和水性聚氨酯分散体物理复配，并结合色浆、增稠剂、润湿分散剂等得到，非常容易出现相容性不好，漆膜外观差等问题。
2、水性丙烯酸改性聚氨酯复合乳液在树脂合成阶段就将二者有机结合，所得到的聚丙烯酸段(pa)和聚氨酯段(pu)可以达到分子级别的相容性，因此相应漆膜的透明性，力学性能，热学性能等更加均一。关于水性丙烯酸改性聚氨酯复合乳液的制备，已有大量文献报道。公开号为us606386
技术实现思路
1、本专利技术所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种水性丙烯酸-聚氨酯复合乳液、漆及其制备方法和应用，具有自增稠效应，具有高触变性，能够提供涂料需要的流变性能和良好的施工性。
2、为解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是：
3、一种水性丙烯酸-聚氨酯复合乳液的制备方法，原位利用核层单体预乳化液和壳层单体预乳化液合成核壳结构聚丙烯酸-聚氨酯乳液；
4、所述核层单体预乳化液至少包括一种含两个双键的丙烯酸酯类单体；
5、所述壳层单体预乳化液至少包括水性聚氨酯分散体，至少包括一种含两个双键的丙烯酸酯类单体，至少包括一种含羧基的丙烯酸酯类单体，至少包括一种含羟基的丙烯酸酯类单体；
6、所述核层单体预乳化液和壳层单体预乳化液中丙烯酸酯类单体的重量比为30/70-85/15；
7、所述水性聚氨酯分散体的数均分子量mn为10000～150000，选用非离子型亲水基团复合磺酸钠盐型后扩链剂。
8、本专利技术核壳结构包括亲水官能团羧基、磺酸基、羟基，使乳液具有自增稠效应，能够提供涂料需要的流变性能和良好的施工性。
9、所述丙烯酸酯类单体为含有一个或两个双键的丙烯酸(酯)类单体。所述丙烯酸酯类单体可以是(甲基)丙烯酸丁酯，甲基丙烯酸甲酯，(甲基)丙烯酸异辛酯，(甲基)丙烯酸异冰片酯，(甲基)丙烯酸羟乙酯，(甲基)丙烯酸羟丙酯，甲基丙烯酸烯丙酯，1,6-己二醇二(甲基)丙烯酸酯，甲基丙烯酸缩水甘油酯，(甲基)丙烯酸等。
10、进一步优选地，所述核层单体预乳化液和壳层单体预乳化液中丙烯酸酯类单体的重量比为40/60-70/30，更优选为50/50-60/40。
11、半连续种子乳液聚合方法采用现有的方法，比如公开号为cn109810218b的专利中的半连续种子乳液聚合法。
12、进一步优选地，所述水性聚氨酯分散体的数均分子量为20000～100000，更优选为30000～60000。
13、在本专利技术的一个优选的实施例中，所述核壳结构聚丙烯酸-聚氨酯乳液采用半连续种子乳液聚合方法合成，优选地，所述核壳结构聚丙烯酸-聚氨酯乳液中所述聚氨酯段结构与丙烯酸段结构的重量比为25/75-75/25，更优选为25/75-50/25。
14、所述聚氨酯结构(pu)来源于水性聚氨酯分散体，含丙烯酸酯类双键。所述丙烯酸结构(pa)主要来源于丙烯酸酯类单体，这些单体与含双键水性聚氨酯分散体共聚，实现pu与pa的共价连接。pu结构中的磺酸基，聚乙二醇长链，与pa中的羧基，羟基一起协同作用，赋予体系特殊的流变性能，即自增稠高触变性。pu可提供漆膜优异的附着力，柔韧性等，同时帮助调整涂料的流平性及可调色性。pa具有优异的成膜性，耐水耐候性，同时对流变性颇有贡献。
15、在本专利技术的一个优选的实施例中，所述水性聚氨酯分散体的合成方法包括以下步骤：
16、s1、聚合物多元醇中加入异氰酸酯，升温，反应；
17、s2、加入亲水单体，催化剂，继续反应；
18、s3、加入功能性单体、阻聚剂、稀释剂，继续反应；
19、s4、加入去离子水分散均匀，加入磺酸钠盐类后扩链剂水溶液，继续搅拌分散均匀。
20、在本专利技术的一个优选的实施例中，s4中的所述磺酸钠盐类后扩链剂包括乙二胺基磺酸钠、α,ω-聚丙二醇-二胺-磺丙基钠盐中的一种或多种。
21、所述后扩链剂能够使聚氨酯分子量大幅增加，有助于得到高分子量水性聚氨酯分散体，同时能够提高水性聚氨酯分散体的乳化稳定性，也可以为最终水性丙烯酸-聚氨酯复合乳液的触变性提供支持。
22、s1中聚合物多元醇100-120℃真空除水至水含量<0.05％，充氮气保护。
23、s1中聚合物多元醇加入异氰酸酯的温度低于或等于50℃。
24、s1中升温后的温度为80～90℃，反应时间为1～1.5h。
25、s2反应后的nco含量为1.5～1.2％。
26、s3反应后的nco含量本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种水性丙烯酸-聚氨酯复合乳液的制备方法，其特征在于，原位利用核层单体预乳化液和壳层单体预乳化液合成核壳结构聚丙烯酸-聚氨酯乳液；
2.根据权利要求1所述的水性丙烯酸-聚氨酯复合乳液的制备方法，其特征在于，所述核壳结构聚丙烯酸-聚氨酯乳液采用半连续种子乳液聚合方法合成，优选地，所述核壳结构聚丙烯酸-聚氨酯乳液中所述聚氨酯段结构与丙烯酸段结构的重量比为25/75-75/25。
3.根据权利要求1所述的水性丙烯酸-聚氨酯复合乳液的制备方法，其特征在于所述水性聚氨酯分散体的合成方法包括以下步骤：
4.根据权利要求3所述的水性丙烯酸-聚氨酯复合乳液的制备方法，其特征在于，S4中的所述磺酸钠盐类后扩链剂包括乙二胺基磺酸钠、α,ω-聚丙二醇-二胺-磺丙基钠盐中的一种或多种。
5.根据权利要求3所述的水性丙烯酸-聚氨酯复合乳液的制备方法，其特征在于，所述聚合物多元醇中包括带有短支链侧基的二元醇；优选地，所述聚合物多元醇中包括3-甲基-1,5-戊二醇、新戊二醇、2-甲基-1,3丙二醇、1,3-丁二醇和2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇中的至少一
6.根据权利要求1所述的水性丙烯酸-聚氨酯复合乳液的制备方法，其特征在于，通过半连续种子乳液聚合方法原位利用核层单体预乳化液和壳层单体预乳化液合成核壳结构聚丙烯酸-聚氨酯乳液包括以下步骤：
7.一种利用权利要求1-6任一项所述的制备方法制得的水性丙烯酸-聚氨酯复合乳液。
8.一种水性丙烯酸-聚氨酯复合乳液，其特征在于，所述水性丙烯酸-聚氨酯复合乳液的酸值为5～12mgKOH/g；所述水性丙烯酸-聚氨酯复合乳液的粘度为10～2000mpa.s；所述水性丙烯酸-聚氨酯复合乳液的固含为20～60％；所述水性丙烯酸-聚氨酯复合乳液的粒径为100～200nm。
9.一种漆，其特征在于，利用权利要求7或权利要求8中所述的水性丙烯酸-聚氨酯复合乳液制成。
10.一种权利要求7或权利要求8中所述的水性丙烯酸-聚氨酯复合乳液、权利要求9中所述的漆在汽车用色漆和中涂中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种水性丙烯酸-聚氨酯复合乳液的制备方法，其特征在于，原位利用核层单体预乳化液和壳层单体预乳化液合成核壳结构聚丙烯酸-聚氨酯乳液；
2.根据权利要求1所述的水性丙烯酸-聚氨酯复合乳液的制备方法，其特征在于，所述核壳结构聚丙烯酸-聚氨酯乳液采用半连续种子乳液聚合方法合成，优选地，所述核壳结构聚丙烯酸-聚氨酯乳液中所述聚氨酯段结构与丙烯酸段结构的重量比为25/75-75/25。
3.根据权利要求1所述的水性丙烯酸-聚氨酯复合乳液的制备方法，其特征在于所述水性聚氨酯分散体的合成方法包括以下步骤：
4.根据权利要求3所述的水性丙烯酸-聚氨酯复合乳液的制备方法，其特征在于，s4中的所述磺酸钠盐类后扩链剂包括乙二胺基磺酸钠、α,ω-聚丙二醇-二胺-磺丙基钠盐中的一种或多种。
5.根据权利要求3所述的水性丙烯酸-聚氨酯复合乳液的制备方法，其特征在于，所述聚合物多元醇中包括带有短支链侧基的二元醇；优选地，所述聚合物多元醇中包括3-甲基-1,5-戊二醇、新戊二醇、2-甲基-1,3丙二醇、1,3-丁二...
【专利技术属性】
技术研发人员：张金桃，严家杰，唐威林，向波，余喜红，
申请(专利权)人：松井上海新材料研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：
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