[发明专利]一种铁尾矿改性水性聚氨酯及其制备方法

说明书

本发明涉及一种铁尾矿改性水性聚氨酯及其制备方法，先将铁尾矿进行预处理，再加入司班80/吐温80混合乳化剂搅拌反应，得到改性后的铁尾矿；再将二羟甲基丁酸溶于丙酮，再加入甲苯二异氰酸酯和聚己内酯二醇，反应制得聚氨酯预聚体；向聚氨酯预聚体中加入改性后的铁尾矿，70～80℃继续反应1～1.5h；再加入甲基丙烯酸‑2‑羟基乙酯进行封端处理；最后调节反应液的pH值，加水分散得到铁尾矿改性水性聚氨酯。本发明选用司班80/吐温80混合乳化剂对铁尾矿进行表面处理，以提高铁尾矿无机物与聚氨酯高分子材料的体系相容性，制备铁尾矿改性水性聚氨酯，有效改善水性聚氨酯制品的强度、热稳定性、耐水性等性能，又可消耗铁尾矿。

技术领域

本发明属于材料制备领域，特别涉及一种铁尾矿改性水性聚氨酯及其制备方法。

背景技术

水性聚氨酯是以水代替有机溶剂作为分散介质的新型聚氨酯体系，也称水分散聚氨酯、水系聚氨酯或水基聚氨酯。水性聚氨酯以水为溶剂，无污染、安全可靠、机械性能优良、相容性好、耐磨性高、韧性好、抗冲性强、易于改性等优点。但其耐热性能和耐水性能一般，使得聚氨酯在涂层上的应用受到一定的限制。为了提高其使用性能，对聚氨酯的改性研究已引起研究者的广泛关注，采用二氧化硅等无机材料对聚氨酯材料进行复合是其常用的改性方法之一。刘石军等[刘石军,张力,石光.紫外固化杂化材料制备及偶联剂影响研究[J].广东化工,2008,(03):18-20]通过正硅酸乙酯(TEOS)和硅烷偶联剂在聚氨酯中进行溶胶-凝胶反应得到杂化材料，耐热性能提高了5℃，且随着二氧化硅含量增加，热性能进一步提高。

尾矿是选矿企业在采矿过程中选取“有用组分”后排放的废弃物。据不完全统计，截止2013年，我国发现的矿产有150多种，开发建立8000多座矿山，累计产生尾矿59.7亿t。尾矿综合利用率较低，导致其累积量仍在逐年增加，造成严重的环境污染。尾矿的二次资源化利用得到社会各界的重视，而采用尾矿改性聚氨酯的研究却鲜见报道。

铁尾矿的主要成分为SiO₂，还含有少量的Fe₂O₃、Al₂O₃、MgO、CaO等[李燕怡,常亮亮,李春.铁尾矿免烧砖的制备及性能研究[J].商洛学院学报,2016,(06):30-33]，因此，铁尾矿的理化性质类似于SiO₂，将其用于聚氨酯的改性，既可以解决聚氨酯材料的耐热性差和耐水性差等问题，又可变废为宝，实现绿色循环发展。但若将铁尾矿与聚氨酯高分子直接混合制备复合材料，其体系相容性较差，会影响改性聚氨酯的稳定性。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的问题，提供一种铁尾矿改性水性聚氨酯及其制备方法，通过对铁尾矿进行表面处理，提高铁尾矿无机物与聚氨酯高分子材料的体系相容性，制备稳定性好的铁尾矿改性水性聚氨酯。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

包括以下步骤：

(1)将铁尾矿进行预处理，再加入司班80/吐温80混合乳化剂搅拌反应，得到改性后的铁尾矿；其中预处理后的铁尾矿和司班80/吐温80混合乳化剂的质量比为1:(10～15)；

(2)将二羟甲基丁酸溶于丙酮，再加入甲苯二异氰酸酯和聚己内酯二醇，反应制得聚氨酯预聚体；向聚氨酯预聚体中加入改性后的铁尾矿，70～80℃继续反应1～1.5h；再加入甲基丙烯酸-2-羟基乙酯进行封端处理；最后调节反应液的pH值，加水分散得到铁尾矿改性水性聚氨酯；其中聚己内酯二醇和改性后的铁尾矿之间的质量比为10：(0.2～0.4)。

进一步地，步骤(1)中，预处理是将铁尾矿球磨，得到比表面积为800～1000m²/kg的粉末，再在100～110℃活化3～4h，最后冷却至室温备用。

进一步地，步骤(1)中，司班80/吐温80混合乳化剂是由司班80和吐温80按质量比为(1～1.5):1混合得到的。