[发明专利]纳米二氧化硅改性的水性聚氨酯乳液、制法及用途

权利要求书

1.一种纳米二氧化硅改性的水性聚氨酯乳液，其特征在于其由以下组分反应制备：

其中各组分的重量百分比均基于所述水性聚氨酯乳液的重量计，且各组分重量百分比的总和为100重量％；所述多元醇与纳米二氧化硅的重量比为20-80:1；所述多元醇与异氰酸酯之和与纳米二氧化硅的重量比为50-150:1；并且醇类扩链剂、亲水扩链剂和交联剂各自先后加入混合物中反应，所述水性聚氨酯乳液通过包括以下步骤的方法制备：

(1)使多元醇与异氰酸酯反应，得到聚氨酯预聚体；

(2)在50-100℃下，使步骤(1)中所得的聚氨酯预聚体与醇类扩链剂反应0.5-4h，然后加入亲水扩链剂，反应0.5-4h，再加入适量的溶剂；然后加入催化剂、交联剂和纳米二氧化硅，反应1-6h，得到扩链聚氨酯预聚体；

(3)将步骤(2)中所得的扩链聚氨酯预聚体降温到室温-60℃，在0.5-2h内加入中和剂，然后加入温度为0-10℃的水，高速分散乳化，得到乳化分散液；

(4)使步骤(3)中所得的乳化分散液与后扩链剂水溶液反应0.5-4h；然后减压脱除溶剂，即可得到所述纳米二氧化硅改性的水性聚氨酯乳液；并且

所述纳米二氧化硅为纳米二氧化硅粉，其比表面积为100-300m²/g，中位粒径D₅₀为5-80nm；所述中和剂为氢氧化钠或氢氧化钾。

2.根据权利要求1的水性聚氨酯乳液，其特征在于所述多元醇为聚烷基多元醇、聚醚多元醇，其选自聚乙二醇、聚丙二醇、聚丁二醇、聚环氧乙烷多元醇、聚环氧丙烷多元醇、聚四氢呋喃醚多元醇；或聚酯多元醇，其选自基于1,4-丁二醇、1,5-戊二醇、1,6-己二醇、3-甲基戊烷-1,5-二醇或其混合物的聚碳酸酯二醇；或聚烷基多元醇、聚醚多元醇和聚酯多元醇之间的二元、三元混合物。

3.根据权利要求1的水性聚氨酯乳液，其特征在于所述异氰酸酯为脂族异氰酸酯，其选自1,6-六亚甲基二异氰酸酯、1,3-双(异氰酸酯基甲基)环己烷、异佛尔酮二异氰酸酯和4,4’-二-(异氰酸酯基环己基)甲烷和2,4’-二-(异氰酸酯基环己基)甲烷；或芳族异氰酸酯，其选自2,4-甲苯二异氰酸酯或2,6-甲苯二异氰酸酯及其异构体混合物，以及2,4'-二异氰酸酯基二苯甲烷或4,4'-二异氰酸酯基二苯甲烷及其异构体混合物。

4.根据权利要求1的水性聚氨酯乳液，其特征在于所述醇类扩链剂为1,4-丁二醇、新戊二醇、乙二醇、一缩乙二醇或1,6-己二醇；所述亲水扩链剂为二羟甲基丙酸或二羟甲基丁酸；并且所述交联剂为三羟甲基丙烷或聚醚三元醇。

5.根据权利要求1的水性聚氨酯乳液，其特征在于所述后扩链剂为乙二胺、异佛尔酮二胺或水合肼，所述后扩链剂水溶液中后扩链剂与水的重量比为1:4-20。

6.一种制备权利要求1-5中任一项的纳米二氧化硅改性的水性聚氨酯乳液的方法，其包括以下步骤：

(1)使多元醇与异氰酸酯反应，得到聚氨酯预聚体；

(2)在50-100℃下，使步骤(1)中所得的聚氨酯预聚体与醇类扩链剂反应0.5-4h，然后加入亲水扩链剂，反应0.5-4h，再加入适量的溶剂；然后加入催化剂、交联剂和纳米二氧化硅，反应1-6h，得到扩链聚氨酯预聚体；

(3)将步骤(2)中所得的扩链聚氨酯预聚体降温到室温-60℃，在0.5-2h内加入中和剂，然后加入温度为0-10℃的水，高速分散乳化，得到乳化分散液；

(4)使步骤(3)中所得的乳化分散液与后扩链剂水溶液反应0.5-4h；然后减压脱除溶剂，即可得到所述纳米二氧化硅改性的水性聚氨酯乳液。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于步骤(1)中所述异氰酸酯与多元醇的用量比n_NCO:n_OH为3-10:1，其中n_NCO表示异氰酸酯中NCO基团的摩尔量，n_OH表示所用多元醇中OH基团的摩尔量。