[發明專利]一種凹凸棒石/聚氨酯復合材料的制備方法

有效

• 申請號: 201110325279.7
• 申請日: 2011-10-24
• 公開（公告）號: CN102443129A
• 公開（公告）日: 2012-05-09
• 發明（設計）人: 姚超;左士祥;姚群;丁運生;吳鳳芹
• 申請（專利權）人: 常州奧特納新材料科技有限公司
• 主分類號: C08G18/66
• 分類號: C08G18/66;C08G18/44;C08G18/48;C08G18/42;C08K9/06;C08K3/34;C08L75/04;C08L75/06;C08L75/08;C09D175/04;C09D175/06;C09D175/08;C09J175/04
• 代理公司: 北京市惠誠律師事務所 11353
• 代理人: 王美華

技術領域

本發明涉及非金屬礦的深加工及高分子材料應用技術領域，特別是一種凹凸棒石/聚氨酯復合材料的制備方法。

背景技術

聚氨酯因具有優異的機械力學性能、抗低溫、耐油、耐磨和對各種基材良好的粘附性等優點而被廣泛應用于涂料、膠粘劑以及油墨等各個行業。溶劑型聚氨酯往往含有揮發性有機物質而污染環境，危害人體健康。水性聚氨酯具有環保、不燃等優點，因此具有廣泛的發展前景。然而水性聚氨酯由于其自身結構而存在許多不足之處，如初粘力低、乳液穩定能差以及成膜后硬度低等缺點，從而大大限制了其使用范圍。中國專利CN101245222A公開了一種納米膨潤土改性水性聚氨酯涂料的方法，其技術方案是將聚氨酯預聚體與納米膨潤土分散液直接共混，在一定程度上提高了聚氨酯物理機械性能，然而納米膨潤土并未經過有機改性，只是簡單的與有機相共混，這使得膨潤土與體系相容性差，乳液的穩定性得不到有效保障。中國專利CN101565588B提出了一種有機凹凸棒土-水性聚氨酯納米復合皮革涂飾劑的制備方法，該法首先對凹凸棒石疏水化有機表面改性，然后利用共混或原位聚合法制備了凹凸棒土-水性聚氨酯納米復合皮革涂飾劑。然而該方法在制備有機凹凸棒土時選用了酸化處理，所產生的廢酸污染環境，如另作處理，成本增加；此外，該專利提出了先制備凹凸棒土/多元醇分散液，再加入多異氰酸酯，這種方法不能在凹凸棒石與聚氨酯界面之間產生化學鍵合作用，不能充分體現凹凸棒土的特殊功能。

發明內容

本發明的要解決的技術問題是：解決現有的水性聚氨酯初粘力低、乳液穩定能差以及成膜后硬度低的技術問題，本發明提供一種凹凸棒石/聚氨酯復合材料的制備方法，本發明制備的凹凸棒石/聚氨酯復合材料力學性能好，成膜后硬度高。

本發明解決其技術問題所采用的的技術方案是：一種凹凸棒石/聚氨酯復合材料的制備方法其首先用有機表面改性劑對納米凹凸棒石粉體進行有機表面雜化改性，再將有機表面雜化改性后的有機納米凹凸棒石粉體加入到異氰酸酯單體中進行分散處理，制成有機納米凹凸棒石/異氰酸酯單體分散液，再向有機納米凹凸棒石/異氰酸酯單體分散液中分批加入多元醇，經擴鏈反應，制得凹凸棒石/聚氨酯復合材料。

前述的凹凸棒石/聚氨酯復合材料的制備方法，其具體工藝步驟如下：

1)凹凸棒石的有機表面改性

將納米凹凸棒石粉體、去離子水和有機表面改性劑混合均勻，其中去離子水與納米凹凸棒石粉體質量比為0.6～1.5∶1，有機表面改性劑與納米凹凸棒石粉體質量比為0.05～0.2∶1，機械擠壓1～3小時，在105～135℃干燥2～10小時，粉碎，制得有機納米凹凸棒石粉體；

2)有機納米凹凸棒石/異氰酸酯單體分散液的制備

將步驟1)所得的納米有機凹凸棒石粉體加入到異氰酸酯單體中，在溫度30～70℃下分散處理1～5小時，制得有機納米凹凸棒石/異氰酸酯單體分散液，其中有機納米凹凸棒石粉體與異氰酸酯單體質量比為0.05～0.3∶1。

3)凹凸棒石/聚氨酯復合材料的制備

下述的異氰酸酯均指步驟2)中加入的異氰酸酯單體總量；

①向步驟2)所得的有機納米凹凸棒石/異氰酸酯單體分散液中加入經脫水處理的第一批多元醇，其中羥基與異氰酸酯基的摩爾數之比為0.15～0.45∶1；加入催化劑，其中催化劑用量與異氰酸酯和第一批加入多元醇的總質量之比為0.001～0.0025∶1，保持反應溫度55～95℃，攪拌反應0.5～2小時；接著加入第一批擴鏈劑進行擴鏈反應，其中加入的擴鏈劑的量與異氰酸酯和第一批加入多元醇的總質量之比為0.005～0.03∶1，保持體系溫度45～85℃，保溫反應1～3小時；

②繼續向上述反應液中加入第二批多元醇，其中羥基與異氰酸酯基的摩爾數之比為0.25～0.5∶1，保溫反應2～4小時，接著加入第二批擴鏈劑，其中加入的擴鏈劑的量與異氰酸酯和第二批加入多元醇的總質量之比為0.002～0.01∶1，保溫反應0.5～2小時，滴加質量百分濃度為10～30％的酸性或堿性中和劑溶液，使得體系pH值為6.0～8.0，保持溫度不變，繼續攪拌反應10～40分鐘，冷卻至室溫得凹凸棒石/聚氨酯復合材料。

作為優選，前述的有機表面改性劑為帶氨基的硅烷偶聯劑。帶氨基的硅烷偶聯劑水解后，一方面，其硅羥基可以與納米凹凸棒石表面羥基發生脫水縮合形成Si-O-Si鍵；另一方面，氨基易與異氰酸酯單體中的-NCO結合起來，形成-NH-CO-NH-化學鍵。這就使得納米凹凸棒石和下步反應生成的聚氨酯之間的結合性能更好。