[发明专利]一种用纳米二氧化硅聚醚（酯）多元醇分散体制备高固含水性聚氨酯的方法

说明书

 

技术领域

    本专利涉及一种用纳米二氧化硅聚醚（酯）多元醇分散体制备高固含水性聚氨酯的方法。具体涉及高固含水性聚氨酯的制备及纳米二氧化硅聚醚（酯）多元醇分散体对高固含水性聚氨酯的改性。

背景技术

传统水性聚氨酯(WPU)乳液因其固含量低(小于35%)导致干燥成膜速度慢，自增稠性差，初黏力低等缺点严重限制了它的应用推广。合成高固含量乳液(固含量> 50%)因具有许多突出优点，如更高的生产效率、更低的贮存和运输成本、干燥成膜速度快、能耗少等。水性聚氨酯树脂已成功地应用于皮革涂饰、纸张涂层、化学建材、汽车涂装等领域，具有良好的市场前景。此外，水性聚氨酯的耐水性、耐溶剂性、耐热性、力学等性能较差。纳米粒子具有表面效应、小尺寸效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应等特殊性质，将其键入聚氨酯分子链上，使得水性聚氨酯的耐水性和耐磨性指标均达到或超过溶剂型聚氨酯的性能。

 

    目前制备的高固含量水性聚氨酯的方法代表有：专利“201310040179.9”申请了一种高固含量水性聚氨酯的制备方法，将一定粒径分布的聚氨酯预聚体直接分散在已经制备好的粒径不同的聚氨酯乳液中，这样小粒径的分子填充到粒径大的分子间隙中，从而得到粒径分布广，固含量高的水性聚氨酯乳液。专利“CN201110133828.0”公布了一种高固含量水性聚氨酯的制备方法，该方法使亲水基团的位置在预聚体分布在链的两端，最大程度的提高亲水基团的亲水效率，尽量降低亲水性基团的引入量，合成了一种固含量高的水性聚氨酯乳液。专利“CN201010162313.9”和“CN101058631”分别公布了一种高固含量水性聚氨酯的制备方法，该方法分别采用脲羟基类和芳基磺酸钠聚酯多元醇亲水扩链剂，可以显著的提高乳液的固含量和稳定性，并且乳液粘度较低。以上方法虽然在一定情况下可以合成高固含量的水性聚氨酯，但制备过程由于使用了亲水性更强的磺酸盐扩链剂，需要大量的高沸点溶剂来溶解磺酸盐。不仅造成对环境的严重污染，甚至对人的身体产生一定的伤害，而且水性聚氨酯的耐水性很差，很难在工业中大量使用。

 高固含量水性聚氨酯含水量低、干燥成膜速度快，可提高作为涂料、粘合剂、油墨使用时的生产效率；但不足之处在于引入亲水扩链剂的亲水性强，导致胶膜耐水性降低，难以满足使用要求。SiO₂改性水性聚氨酯由于纳米SiO₂表面富含-OH基，能够与多异氰酸酯中的-NCO进行化学结合，同时聚氨酯分子上-NHCO-OR中的活泼氢能和纳米表面的氧原子形成氢键，使纳米材料和被改性的聚氨酯在界面上进行有效的结合而达到改性。纳米SiO₂是目前应用最广泛的纳米材料之一，其制备简单、原料易得和综合性能优良，同时其表面有较丰富的硅羟基，可与异氰酸酯及聚氨酯中的基团发生键合作用，改善聚氨酯的性能，提高涂膜的硬度、韧性、致密性、耐摩擦性、耐热性、抗腐蚀性等。同时，纳米SiO₂在涂膜干燥时所形成的网络结构，对于提高膜的防水性、老化性、膜的光洁强度也具有显著作用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种用纳米二氧化硅聚醚（酯）多元醇分散体制备高固含水性聚氨酯的方法。（1）制备过程中使用自制的纳米二氧化硅由于进行了表面改性，既可稳定的存在于聚醚（酯）多元醇中，又避免了反应过程中纳米粒子的团聚。（2）用纳米二氧化硅聚醚（酯）多元醇分散体直接作为原料之一来制备的水性聚氨酯，避免了其他污染环境溶剂的使用，而且纳米二氧化硅在所得到的分散体及其涂层中均具有很好的分散性，从而显著的提高水性聚氨酯及其涂层的硬度、耐磨性等性能。（3）合成高固含量水性聚氨酯，虽然使用了亲水性更强的磺酸型扩链剂，但同时使用了疏水改性的纳米SiO₂ ，改善了涂膜的耐水性。（4）采用羧酸/磺酸扩链剂和水溶性磺酸盐溶液结合的方法，避免了大量的高沸点溶剂的使用，克服了各自单独使用时的不足，所需亲水扩链剂的总量也有所降低，得到耐水性进一步改善的高固含水性聚氨酯。

本发明的技术方案：

1.一种用纳米二氧化硅聚醚（酯）多元醇分散体制备高固含水性聚氨酯的方法。其特征在于包括如下步骤：

（1）首先在氮气的保护下，自制的纳米二氧化硅聚醚（酯）多元醇分散体和聚醚（酯）多元醇混合后加入反应体系中，110℃减压蒸馏30min，直至含水量低于0.5%时，降温至60℃，向体系加入多异氰酸酯、催化剂在75℃反应2-3h。