[發明專利]一種高阻氧水性聚氨酯/蒙脫土納米復合乳液及制備方法

有效

• 申請號: 201911421964.2
• 申請日: 2019-12-31
• 公開（公告）號: CN111072908B
• 公開（公告）日: 2021-07-27
• 發明（設計）人: 張勝文;陸俊;田大為;徐正午;東為富
• 申請（專利權）人: 江南大學
• 主分類號: C08G18/66
• 分類號: C08G18/66;C08G18/48;C08G18/34;C08G18/32;C08G18/64;C09D175/08;C09D7/62;C08L75/08;C08K9/04;C08K3/34;C08J5/18
• 代理公司: 哈爾濱市陽光惠遠知識產權代理有限公司 23211
• 代理人: 彭素琴

本發明公開了一種高阻氧水性聚氨酯/蒙脫土納米復合乳液及制備方法，屬于高分子材料改性技術領域。本發明的納米乳液由下述重量份的原料制得：40?80wt％的結晶多元醇，15?50wt％的對稱性異氰酸酯，2?6wt％的親水單體，50?80wt％蒙脫土，0.1?10wt％的超支化的聚乙烯亞胺。本發明制備的納米復合乳液具有較好的分散穩定性，同時無機納米粒子的引入使水性聚氨酯涂層的熱穩定性、力學性能明顯提高，蒙脫土獨特的片層結構又使得阻隔性能增強，可廣泛應用于耐高溫的食品、醫藥包裝等領域。

技術領域

本發明涉及一種高阻氧水性聚氨酯/蒙脫土納米復合乳液及制備方法，屬于高分子材料改性技術領域。

背景技術

水性聚氨酯(WPU)以水為分散介質，具有高分子量、低黏度、綜合性能好、環保、安全、衛生等優點，符合綠色環保可持續發展理念，近年來在涂料、膠黏劑、油墨等領域得到了廣泛應用。但是水性聚氨酯的力學性能、耐水性等性能還不能與傳統溶劑型聚氨酯相媲美，因而限制了其進一步廣泛應用。水性聚氨酯/無機納米復合涂層將聚氨酯合成技術與無機納米材料的合成、分散技術有機結合是提升水性涂層性能的有效途徑。

蒙脫土(MMT)是典型的層狀硅酸鹽，具有來源廣泛、價格低廉等優點，將其引入WPU中可有效提升其性能。通常選用有機季銨鹽、胺類化合物、硅烷偶聯劑等通過離子交換、氫鍵和共價鍵等作用方式對蒙脫土表面或層間進行不同程度的有機改性，以提高MMT在WPU膜中的分散性及相容性。但通常小分子改性劑對MMT層間距增大效果不明顯，且改性MMT在水中的分散性受限。

發明內容

為了解決上述至少一個問題，本發明提供一種高阻氧水性聚氨酯/蒙脫土納米復合乳液及制備方法；通過聚乙烯亞胺改性蒙脫土，提高材料的機械性能以及耐水性，且形成定向排列提高其阻隔性能和耐熱性。

本發明選用高分子量超支化聚乙烯亞胺PEI插層改性MMT，將聚乙烯亞胺改性蒙脫土PEI-MMT與WPU復合后，可以制備出高含量(50％及以上含量)分散性好且穩定的WPU/PEI-MMT納米復合乳液，得到了具有優異力學性能和阻氧性能的WPU/PEI-MMT納米復合膜。

本發明的第一個目的是提供一種納米復合乳液，由下述重量份的原料制得：40-80wt％的結晶性多元醇、15-50wt％的結構對稱型異氰酸酯、2-6wt％的親水單體、50-80wt％蒙脫土、0.1-10wt％的超支化的聚乙烯亞胺。

在一種實施方式中，所述的結構對稱型異氰酸酯選用4,4'-二環己基甲烷二異氰酸酯、間苯二甲基異氰酸酯、2,6-甲苯二異氰酸酯或異佛爾酮二異氰酸酯、二苯基亞甲基二異氰酸酯、甲基環己基二異氰酸酯、六亞甲基二異氰酸酯中的一種或者幾種。

在一種實施方式中，所述的結晶性多元醇選用聚四亞甲基醚二醇、聚四氫呋喃二醇、聚己二酸乙二醇酯二醇、聚己二酸-1,4-丁二醇酯二醇、聚己二酸-1.6-己二醇酯二醇中的一種或者幾種，其分子量范圍為1000-6000。

在一種實施方式中，所述的親水單體選用二羥甲基丙酸，二羥甲基丁酸，1,2-二羥基-3-丙磺酸鈉中的一種或者幾種。

在一種實施方式中，所述的蒙脫土為納基蒙脫土、鉀基蒙脫土、鈣基蒙脫土或鋰基蒙脫土的一種；蒙脫土比表面積為30-1000m²/g，孔徑3-30nm，陽離子交換容量30-300meq/100g。

在一種實施方式中，所述的聚乙烯亞胺為高分子量超支化聚乙烯亞胺，其分子量范圍為25000-70000。

本發明的第二個目的是本發明所述的納米復合乳液的制備方法，包括以下步驟：

利用聚乙烯亞胺改性蒙脫土得到聚乙烯亞胺改性蒙脫土分散液；然后在高速攪拌下逐滴加入中和后的聚氨酯預聚體反應，再升溫進行反應，得到水性聚氨酯/聚乙烯亞胺改性蒙脫土納米復合乳液。