[發明專利]納米改性水性聚氨酯分散體的合成方法

無效

• 申請號: 200910154481.0
• 申請日: 2009-11-02
• 公開（公告）號: CN101696321A
• 公開（公告）日: 2010-04-21
• 發明（設計）人: 申乾宏;楊輝;樊先平;詹樹林;盛建松;周箭
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: C08L75/08
• 分類號: C08L75/08;C08K3/22;C08G18/66;C09D175/08
• 代理公司: 杭州中成專利事務所有限公司 33212
• 代理人: 金祺

技術領域

本發明涉及聚氨酯合成技術，特別是一種納米改性水性聚氨酯分散體的合成方法。

背景技術

聚氨酯是一種含軟段和硬段的嵌段共聚物，軟、硬鏈段的不同特性賦予了聚氨酯特有的微相分離結構，從而使聚氨酯材料具有了良好的力學性能。隨著近年來人們對環境的日益重視，揮發性有機物(VOC)的排放正受到越來越嚴格的限制，水性聚氨酯的研發已成為產業發展的重要趨勢。目前，水性聚氨酯類涂層在織物、皮革、家具、建筑墻面等領域得到了廣泛應用。特別在建筑涂料領域，水性聚氨酯涂料能同時將聚氨酯涂料硬度高、附著力強、耐磨性、柔韌性好等優點與水性涂料的低VOC相結合，已成為發展最快的建筑涂料品種之一。

另一方面，納米技術已經滲透到很多領域，為改造傳統產業、提高科技含量提供了新的機遇。納米技術在外墻涂料中的應用，為開發新型外墻涂料開辟了一條新的途徑。當前較多采用了氧化硅、氧化鈦、碳酸鈣、氧化鋅等無機納米粒子改性涂料，賦予涂料優異的性能和功能。然而，無機納米粒子具有較高的活性，易于團聚，難以長期穩定分散。這是納米改性水性聚氨酯涂料合成需解決的問題。

發明內容

本發明要解決的技術問題是，提供一種新型的納米改性水性聚氨酯分散體的合成方法。

為解決技術問題，本發明提供的納米改性水性聚氨酯分散體的合成方法，包括如下步驟：

(1)在750r/min的攪拌速率條件下，將鈦酸丁酯與無水乙醇的混合液，緩慢加入到酸性水溶液中，獲得水合鈦離子溶液；

(2)在500r/min的攪拌速率及一定溫度條件下，將上述水合鈦離子溶液緩慢加入到新制備的水性聚氨酯分散體中，反應一段時間后，獲得納米二氧化鈦粒子原位改性的水性聚氨酯分散體；

步驟(1)中，鈦酸丁酯與無水乙醇的質量比為1∶0.5～1∶2；酸性水溶液的pH值控制在5～6.5；鈦酸丁酯與水的質量比為1∶6～1∶10；

步驟(2)中，反應溫度控制在30～60℃；反應時間為1～12h；水合鈦離子溶液與水性聚氨酯分散體質量比為3∶1～8∶1。

本發明中，所述水性聚氨酯分散體采用傳統的丙酮法制備，其過程如下：

將異氰酸酯與聚醚二元醇E220在50℃下反應2h，然后升溫至75℃，并加入擴鏈劑二乙烯三胺或二羥甲基丙酸進行擴鏈；再加入三羥甲基丙烷反應，反應過程中加入丙酮調節粘度；反應2h后，用三乙胺調節pH值至7；接著在反應產物中加入純凈水，經攪拌乳化，脫除丙酮，最終獲得水性聚氨酯分散體。

本發明中，所述酸性水溶液是以硫酸、鹽酸、硝酸其中一種或幾種的組合調節水溶液pH值所形成。

與現有制備技術相比，本發明具有以下特點：

常見的納米粉體改性水性聚氨酯涂料存在易團聚、難分散的問題，本發明在新制備的聚氨酯分散體中引入水合鈦離子，利用溶膠-凝膠反應控制技術，使它們附聚在乳液粒子表面，形成相應的定向排列結構，直接在乳液粒子的表面原位合成結晶態的二氧化鈦納米粒子，而傳統溶膠-凝膠方法在低于100℃進行包覆所獲得的納米包覆層并不具有晶體結構，導致功能難以充分發揮。該納米粒子原位改性的水性聚氨酯分散體可用于配制水性聚氨酯涂料，從而有效解決了納米改性水性聚氨酯涂料制備中納米粉體易團聚的問題。

附圖說明

圖1是本發明中納米改性水性聚氨酯分散體的透射電鏡照片；

圖2是該納米改性水性聚氨酯分散體表面的透射電鏡選區衍射照片，表明水性聚氨酯乳液粒子表面為結晶態的二氧化鈦納米粒子。

具體實施方式

以下通過實例進一步對本發明進行描述。

本發明中，首先采用傳統的丙酮法制備水性聚氨酯分散體，其過程如下：

將異氰酸酯與聚醚二元醇E220在50℃下反應2h，然后升溫至75℃，并加入二乙烯三胺、二羥甲基丙酸等擴鏈劑進行擴鏈；再加入三羥甲基丙烷反應，反應過程中加入丙酮調節粘度；反應2h后，用三乙胺調節pH值至7左右；接著在反應產物中加入純凈水，經攪拌乳化，脫除丙酮，最終獲得水性聚氨酯分散體。

納米改性水性聚氨酯分散體的合成方法包括如下幾個步驟：

(1)在750r/min的攪拌速率條件下，將鈦酸丁酯與無水乙醇的混合液，緩慢加入到酸性水溶液中，獲得水合鈦離子溶液；

(2)在500r/min的攪拌速率及一定溫度條件下，將上述水合鈦離子溶液緩慢加入到之前新制備的水性聚氨酯分散體中，反應一段時間后，獲得納米二氧化鈦粒子原位改性的水性聚氨酯分散體。

本發明中，各實施例中的試驗數據見下表：

最后，還需要注意的是，以上列舉的僅是本發明的具體實施例子。顯然，本發明不限于以上實施例子，還可以有許多變形。本領域的普通技術人員能從本發明公開的內容直接導出或聯想到的所有變形，均應認為是本發明的保護范圍。