[發明專利]一種水性聚氨酯/有機硅蒙脫土納米復合材料的制備方法

有效

• 申請號: 201010151026.8
• 申請日: 2010-04-20
• 公開（公告）號: CN101812167A
• 公開（公告）日: 2010-08-25
• 發明（設計）人: 裴文;孫莉;王菊華;張秀花;高倩
• 申請（專利權）人: 浙江工業大學
• 主分類號: C08G18/66
• 分類號: C08G18/66;C08G18/12;C08K9/06;C08K3/34;C09C1/28;C09C3/12;C09D175/04;D06M15/564
• 代理公司: 杭州天正專利事務所有限公司 33201
• 代理人: 黃美娟;王兵

(一)技術領域

本發明涉及水性聚氨酯/有機硅蒙脫土納米復合材料的制備方法，特別 涉及一種水性聚氨酯/有機硅季銨鹽改性蒙脫土納米復合材料的制備方法。

(二)背景技術

水性聚氨酯(WPU)是指以水為分散介質，不含或含有極少量有機溶 劑的聚氨酯。由于它具有不燃、無毒、不污染環境、節能等優點，近年來 發展迅速，在皮革涂飾、建筑涂料、汽車涂料、木器涂料等領域已經有廣 泛應用。但是水性聚氨酯與溶劑型聚氨酯相比，仍存在耐水性、粘結強度、 耐溫變性，耐候性等不足，使水性聚氨酯的應用受到了限制。因此，需要 對水性聚氨酯進行改性。無機納米粒子由于成本低，對環境污染小，在水 性聚氨酯改性方面受到了人們的普遍關注。例如蒙脫土納米粒子的特殊層 狀結構能夠和聚氨酯分子達到很好的納米級復合，在改善水性聚氨酯強度 的同時，也不會損害水性聚氨酯的柔韌性。而有機硅具有優異的疏水性、 耐溫變性、耐候性、生理惰性及低表面能等特性，而且具有良好的爽滑手 感。因此，有機硅和蒙脫土共改性水性聚氨酯成為新的研究熱點。目前， 有機硅和納米蒙脫土共改性水性聚氨酯的思路主要有兩種：

1)納米有機蒙脫土與異氰酸酯、多元醇等制成有機蒙脫土共改性水性 聚氨酯預聚體后，加入有機硅偶聯劑，最終得到有機硅和納米蒙脫土共改 性水性聚氨酯，(一種水分散蒙脫土/有機硅嵌段聚氨酯納米復合材料的制 備方法，中國專利，CN101225226)。

2)有機硅偶聯劑修飾有機蒙脫土的表面后，與異氰酸酯、多元醇等制 成有機硅和有機蒙脫土共改性水性聚氨酯(水性聚氨酯/硅烷蒙脫土納米復 合材料的制備與性能，石油化工，2005，34(7)，677-680)。以上兩種雙改 性思路都需獨立的兩步進行，即插層劑有機化處理蒙脫土以及有機硅(或 有機硅修飾的有機蒙脫土)改性水性聚氨酯。

本發明采用一步雙改性技術，將有機硅季銨鹽作為插層劑將蒙脫土有 機化后，直接用于水性聚氨酯的改性，達到了制備水性聚氨酯/有機硅改性 蒙脫土納米復合材料的目的。該方法操作簡單，工藝條件易于控制，拓展 了有機硅材料的應用范圍，是一項原料便宜易得的原創性技術研究。

(三)發明內容

本發明的目的是提供一種水性聚氨酯/有機硅季銨鹽改性蒙脫土復合 材料的制備方法，將蒙脫土用有機硅季銨鹽改性后，采用分步預聚法制備 水性聚氨酯/有機硅季銨鹽改性蒙脫土復合材料。

為實現以上目的，本發明的技術方案如下：

一種水性聚氨酯/有機硅蒙脫土復合材料的制備方法，所述的復合材料 以多異氰酸酯、聚合物多元醇、親水擴鏈劑、小分子擴鏈劑、小分子交聯 劑為預聚單體，并加入預插層的有機蒙脫土，在催化劑存在下經預聚、中 和、乳化、加入二次擴鏈劑進行二次擴鏈制得的，所述催化劑為有機錫類 化合物；所述的預插層的有機蒙脫土是將1份質量的有機硅蒙脫土與2～100 份的聚合物多元醇A在80～130℃下攪拌分散3～8h，然后用高速剪切機在 10000～20000rpm的剪切速度下剪切0.5～2h制得，所述的有機硅蒙脫土按 如下方法制得：將蒙脫土溶于蒸餾水中，加入式(I)所示有機硅季銨鹽與 50％乙醇制備混合溶液，于20～90℃下攪拌1～100h后抽濾，濾餅用去離子 水洗至濾液用0.1mol/L的AgNO₃溶液檢測無沉淀，真空干燥至恒重，研 磨，過325目篩得到有機硅蒙脫土，所述的蒙脫土與有機季銨鹽、水、50％ 乙醇水溶液的質量比為1∶0.5～5∶4～99∶4～99；所述的聚合物多元醇和聚合物 多元醇A是各自為分子量為200～3000的聚酯或聚醚多元醇；

式(I)中，n為1～5的自然數；R為含1～18個碳原子的烷烴，X為鹵素，X優 選為氯、溴或碘。

本發明所述的蒙脫土比表面積優選為50～1000m²/g，孔徑為5～50nm， 孔容為0.3～500cm³/g，陽離子交換容量為90～120meq/100g。

本發明所述的蒙脫土為鈉基蒙脫土、鉀基蒙脫土、鈣基蒙脫土。

本發明式(I)所示的有機硅季銨鹽，R優選為12～18個碳原子的烷烴， X優選為氯、溴或碘。

本發明最優選鈉基蒙脫土，并推薦所述的鈉基蒙脫土與水的質量比優 選為1∶9～39。所述鈉基蒙脫土與50％乙醇水溶液的質量比優選為1∶9～39。