[发明专利]一种纳米氧化锌改性水性聚氨酯乳液及其制备方法

说明书

本发明公开了一种纳米氧化锌改性水性聚氨酯乳液及其制备方法，涉及高分子合成材料技术领域，包括以下重量份的原料：聚醚多元醇50‑150份、聚酯多元醇50‑150份、小分子多元醇扩链剂6‑10份、二异氰酸酯30‑100份、羧酸型亲水扩链剂1‑3份、磺酸型亲水扩链剂8‑25份、硅烷改性纳米氧化锌10‑20份、有机金属催化剂0.1‑0.5份、中和剂1.5‑4份、有机溶剂50‑200份、去离子水150‑300份；其制备方法包括预聚、扩链、分散、扩链。本发明合理配比羧酸型亲水扩链剂和磺酸型亲水扩链剂的比例，并控制用量，制得的水性聚氨酯的固含量高；且在水性聚氨酯链增长阶段加入硅烷改性纳米氧化锌，有效改善其耐热性、耐水性能、力学性能等性能。

技术领域

本发明涉及高分子合成材料技术领域，尤其涉及一种纳米氧化锌改性水性聚氨酯乳液及其制备方法。

背景技术

水性聚氨酯(WPU)是聚氨酯分散于水中而形成的分散体，也称为水基聚氨酯。与传统的有机溶剂型聚氨酯相比，其在制备过程中不需要添加大量的有机溶剂，具有成本低、绿色环保、生产简单等优点。水性聚氨酯同时具有良好的物理机械性能和耐磨性能，在木器涂料、皮革、胶黏剂等领域得到广泛的应用，但其耐热性能、耐水和耐溶剂性能还有待进一步提高。此外，目前水性聚氨酯的固含量一般为25-40％，干燥速度慢、运输成本高。因此，如何制得性能优异的高固含量的水性聚氨酯越来越重要。

在水性聚氨酯中，以阴离子型的应用较为广泛，它是在聚氨酯链上引入阴离子基团，使其具有足够的亲水性而分散在水中形成稳定的乳液。常用的阴离子基团主要是羧酸盐型和磺酸盐型两大类。通过分子设计、生产工艺等方法来制备出高固含量的水性聚氨酯乳液是目前研究较多的领域，并且要确保乳液的稳定性和成膜性能。

纳米氧化锌属于半导体材料，具有化学稳定性好、较强的紫外吸收能力、热学性能和抗静电性等优点。但是，纳米氧化锌在聚合物中易团聚、相容性差，因而限制了其在聚合物中的应用。因此，通过有效合适的方法制备出高固含量的水性聚氨酯乳液，同时将纳米氧化锌改性，并将其引入到水性聚氨酯合成中，使其与聚氨酯分子通过化学键连接起来，提升聚合物复合材料的性能，制备出性能优良的聚合物材料具有很好的市场应用前景。

发明内容

基于背景技术存在的技术问题，本发明提出了一种纳米氧化锌改性水性聚氨酯乳液及其制备方法，制得的水性聚氨酯的固含量高，且具有优异的耐热性、耐水性能、力学性能等。

本发明提出的一种纳米氧化锌改性水性聚氨酯乳液，包括以下重量份的原料：聚醚多元醇50-150份、聚酯多元醇50-150份、小分子多元醇扩链剂6-10份、二异氰酸酯30-100份、羧酸型亲水扩链剂1-3份、磺酸型亲水扩链剂8-25份、硅烷改性纳米氧化锌10-20份、有机金属催化剂0.1-0.5份、中和剂1.5-4份、有机溶剂50-200份、去离子水150-300份。

优选地，所述聚醚多元醇的官能度为2-3，分子量为2000-5000；优选地，所述聚酯多元醇的官能度为2，分子量为2000。

优选地，所述二异氰酸酯为4,4'-二苯基甲烷二异氰酸酯MDI-100和2,4-二苯基甲烷二异氰酸酯的混合物MDI-50，甲苯二异氰酸酯，异佛尔酮二异氰酸酯中的任意一种或多种。

优选地，所述小分子多元醇扩链剂为新戊二醇、三羟甲基丙烷、1,4-丁二醇中的任意一种；

优选地，所述羧酸型亲水扩链剂为二羟甲基丁酸、二羟甲基丙酸中的任意一种；

优选地，所述磺酸型亲水扩链剂为乙二氨基乙磺酸钠、二胺基丁磺酸、二胺基苯磺酸盐中的任意一种。

优选地，所述有机金属催化剂为辛酸亚锡、二月桂酸二丁基锡、辛酸铅中的任意一种；

优选地，所述中和剂为三乙胺；

优选地，所述有机溶剂为丙酮、丁酮、N,N-二甲基甲酰胺的任意一种。