[发明专利]一种大分子单体改性纳米二氧化硅水硅溶胶及其光固化水性聚氨酯纳米复合乳液的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种新型有机-无机纳米复合乳液，主要是涉及一种绿色环保的紫外光固化水性聚氨酯纳米复合乳液制备方法。属于新材料技术领域。

背景技术

近年来，紫外光固化水性聚氨酯乳液(WPU)具有综合性能好、高效、节能、环保、安全卫生等优点，在涂料、胶粘剂等领域得到很好的应用。但是光交联乳胶膜的力学性能(强度、模量)等方面还不能与传统交联型聚氨酯相媲美，因而限制了该涂膜的广泛应用。另外光固化水性聚氨酯涂层在使用过程中容易受到磨损而损伤，因而限制了它的进一步应用，故在实际应用中急需提高涂层表面的力学性能如表面硬度、耐磨性和耐划伤性等。光固化有机-无机纳米复合乳液将水性技术、纳米技术和光固化技术相结合，综合了有机、无机和纳米材料特性，是制备高性能、功能性乳液非常有前途的方法，受到国内外研究人员的广泛关注。目前有关无机纳米材料(如纳米二氧化硅、有机粘土、聚倍半硅氧烷、碳纳米管)复合改性水性聚氨酯乳液或光固化聚氨酯体系的研究报道较多。纳米二氧化硅具有高硬度、低折光指数等优点，被广泛用于增强聚合物体系。《胶体聚合物科学》(Colloid Polym Sci 2006，284，1067)介绍将水性二氧化硅溶胶与光固化水性聚氨酯丙烯酸酯分散体进行物理共混以提高涂层表面的力学性能如硬度等，但是由于只是将纳米二氧化硅溶胶与水性聚氨酯丙烯酸酯体系进行简单的物理共混，无机纳米二氧化硅与有机聚氨酯丙烯酸酯之间缺乏足够的相互作用，容易使纳米二氧化硅产生团聚，从而使涂层的表面力学性能提高不是很显著。本发明在以上工作基础上，本发明选用水溶性聚乙二醇丙烯酸酯类大分子单体，通过氢键作用吸附在水性纳米二氧化硅表面，形成大分子单体改性二氧化硅水溶胶。然后在光固化水性聚氨酯乳液制备过程中原位引入以上大分子单体改性的纳米二氧化硅水溶胶，制备光固化水性聚氨酯纳米复合乳液。采用以上方法制备的纳米复合乳液具有较好的分散稳定性，同时纳米二氧化硅在聚氨酯膜中具有非常好的分散性。

发明内容

本发明目的是提供一种可提高光固化水性聚氨酯膜力学强度和模量及其涂层表面力学性能如硬度、耐磨性的紫外光固化水性聚氨酯纳米复合乳液的制备方法。选用水溶性聚乙二醇丙烯酸酯类大分子单体改性二氧化硅水溶胶，然后在水性聚氨酯乳液合成过程中原位大分子单体改性二氧化硅水溶胶制备水性聚氨酯纳米复合乳液，使纳米二氧化硅在所得到的分散体及制备的涂层中具有很好的分散性，从而显著提高光固化水性聚氨酯膜和涂层表面的力学性能如硬度、耐磨性。

本发明的技术方案：

1、一种大分子单体改性纳米二氧化硅水硅溶胶及其光固化水性聚氨酯纳米复合乳液的制备方法，其特征在于组成包括：45-60wt％的低聚物多元醇，15-30wt％的二异氰酸酯化合物，3-6wt％的多羟基羧酸化合物，4-8wt％的含羟基的不饱和双键丙烯酸酯化合物，3-6wt％的胺类化合物，5-20wt％的大分子单体改性纳米二氧化硅水硅溶；制备方法步骤为：

(1).大分子单体改性纳米二氧化硅水溶胶的合成：按配比在纳米二氧化硅水溶胶中加入改性大分子单体水溶液或改性大分子单体，在25℃搅拌反应24小时，得到大分子单体改性纳米二氧化硅水溶胶。

(2).光固化水性聚氨酯纳米复合乳液的合成：按配比在二异氰酸酯化合物中，滴加低聚物多元醇和催化剂，滴加完毕后在50℃反应1-2h，然后逐渐升温至60℃，加入多羟基羧酸化合物粉末，在60℃进行反应2-3h，滴加含羟基的不饱和双键丙烯酸酯化合物和酚类阻聚剂，在70℃反应2-3h，直至红外光谱检测NCO基团特征峰完全消失。滴加胺类化合物，在40～50℃反应1-2小时，滴加大分子单体改性纳米二氧化硅水溶胶，在50℃反应1小时，最后加入去离子水，强烈搅拌乳化，得到光固化水性聚氨酯纳米复合乳液。

2.根据权利要求1所述紫外光固化硅溶胶改性水性聚氨酯丙烯酸酯分散体的制备方法，其特征在于所述的大分子单体为甲氧基聚乙二醇、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，分子量范围为400-2000。

3.根据权利要求1所述紫外光固化硅溶胶改性水性聚氨酯丙烯酸酯分散体的制备方法，其特征在于所述的二氧化硅水溶胶粒径范围为10-1000nm，pH范围为8-11，其固含量为10-50％。