[發(fā)明專利]一種大分子單體改性納米二氧化硅水硅溶膠及其光固化水性聚氨酯納米復合乳液的制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110170400.3
• 申請日: 2011-06-23
• 公開（公告）號: CN102336884A
• 公開（公告）日: 2012-02-01
• 發(fā)明（設計）人: 張勝文;于愛霞;張燕;劉仁;江金強;劉曉亞
• 申請（專利權）人: 江南大學
• 主分類號: C08G18/72
• 分類號: C08G18/72;C08G18/67;C08G18/66;C08G18/48;C08G18/34;C08G18/10;C08K9/06;C08K3/36;C08J3/03;C09D175/16;C09D175/08;C09D7/12
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技術領域

本發(fā)明涉及一種新型有機-無機納米復合乳液，主要是涉及一種綠色環(huán)保的紫外光固化水性聚氨酯納米復合乳液制備方法。屬于新材料技術領域。

背景技術

近年來，紫外光固化水性聚氨酯乳液(WPU)具有綜合性能好、高效、節(jié)能、環(huán)保、安全衛(wèi)生等優(yōu)點，在涂料、膠粘劑等領域得到很好的應用。但是光交聯(lián)乳膠膜的力學性能(強度、模量)等方面還不能與傳統(tǒng)交聯(lián)型聚氨酯相媲美，因而限制了該涂膜的廣泛應用。另外光固化水性聚氨酯涂層在使用過程中容易受到磨損而損傷，因而限制了它的進一步應用，故在實際應用中急需提高涂層表面的力學性能如表面硬度、耐磨性和耐劃傷性等。光固化有機-無機納米復合乳液將水性技術、納米技術和光固化技術相結合，綜合了有機、無機和納米材料特性，是制備高性能、功能性乳液非常有前途的方法，受到國內(nèi)外研究人員的廣泛關注。目前有關無機納米材料(如納米二氧化硅、有機粘土、聚倍半硅氧烷、碳納米管)復合改性水性聚氨酯乳液或光固化聚氨酯體系的研究報道較多。納米二氧化硅具有高硬度、低折光指數(shù)等優(yōu)點，被廣泛用于增強聚合物體系。《膠體聚合物科學》(Colloid?Polym?Sci?2006，284，1067)介紹將水性二氧化硅溶膠與光固化水性聚氨酯丙烯酸酯分散體進行物理共混以提高涂層表面的力學性能如硬度等，但是由于只是將納米二氧化硅溶膠與水性聚氨酯丙烯酸酯體系進行簡單的物理共混，無機納米二氧化硅與有機聚氨酯丙烯酸酯之間缺乏足夠的相互作用，容易使納米二氧化硅產(chǎn)生團聚，從而使涂層的表面力學性能提高不是很顯著。本發(fā)明在以上工作基礎上，本發(fā)明選用水溶性聚乙二醇丙烯酸酯類大分子單體，通過氫鍵作用吸附在水性納米二氧化硅表面，形成大分子單體改性二氧化硅水溶膠。然后在光固化水性聚氨酯乳液制備過程中原位引入以上大分子單體改性的納米二氧化硅水溶膠，制備光固化水性聚氨酯納米復合乳液。采用以上方法制備的納米復合乳液具有較好的分散穩(wěn)定性，同時納米二氧化硅在聚氨酯膜中具有非常好的分散性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的是提供一種可提高光固化水性聚氨酯膜力學強度和模量及其涂層表面力學性能如硬度、耐磨性的紫外光固化水性聚氨酯納米復合乳液的制備方法。選用水溶性聚乙二醇丙烯酸酯類大分子單體改性二氧化硅水溶膠，然后在水性聚氨酯乳液合成過程中原位大分子單體改性二氧化硅水溶膠制備水性聚氨酯納米復合乳液，使納米二氧化硅在所得到的分散體及制備的涂層中具有很好的分散性，從而顯著提高光固化水性聚氨酯膜和涂層表面的力學性能如硬度、耐磨性。

本發(fā)明的技術方案：

1、一種大分子單體改性納米二氧化硅水硅溶膠及其光固化水性聚氨酯納米復合乳液的制備方法，其特征在于組成包括：45-60wt％的低聚物多元醇，15-30wt％的二異氰酸酯化合物，3-6wt％的多羥基羧酸化合物，4-8wt％的含羥基的不飽和雙鍵丙烯酸酯化合物，3-6wt％的胺類化合物，5-20wt％的大分子單體改性納米二氧化硅水硅溶；制備方法步驟為：

(1).大分子單體改性納米二氧化硅水溶膠的合成：按配比在納米二氧化硅水溶膠中加入改性大分子單體水溶液或改性大分子單體，在25℃攪拌反應24小時，得到大分子單體改性納米二氧化硅水溶膠。

(2).光固化水性聚氨酯納米復合乳液的合成：按配比在二異氰酸酯化合物中，滴加低聚物多元醇和催化劑，滴加完畢后在50℃反應1-2h，然后逐漸升溫至60℃，加入多羥基羧酸化合物粉末，在60℃進行反應2-3h，滴加含羥基的不飽和雙鍵丙烯酸酯化合物和酚類阻聚劑，在70℃反應2-3h，直至紅外光譜檢測NCO基團特征峰完全消失。滴加胺類化合物，在40～50℃反應1-2小時，滴加大分子單體改性納米二氧化硅水溶膠，在50℃反應1小時，最后加入去離子水，強烈攪拌乳化，得到光固化水性聚氨酯納米復合乳液。

2.根據(jù)權利要求1所述紫外光固化硅溶膠改性水性聚氨酯丙烯酸酯分散體的制備方法，其特征在于所述的大分子單體為甲氧基聚乙二醇、聚乙二醇二丙烯酸酯.甲氧基聚乙二醇丙烯酸酯、聚乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯，分子量范圍為400-2000。

3.根據(jù)權利要求1所述紫外光固化硅溶膠改性水性聚氨酯丙烯酸酯分散體的制備方法，其特征在于所述的二氧化硅水溶膠粒徑范圍為10-1000nm，pH范圍為8-11，其固含量為10-50％。