[发明专利]一种水性聚氨酯/聚乙烯醇/蒙脱土纳米复合乳液的制备

说明书

本发明公开了一种水性聚氨酯/聚乙烯醇/蒙脱土纳米复合乳液的制备，属于高分子材料改性技术领域。本发明的水性聚氨酯/聚乙烯醇/蒙脱土纳米乳液的制备方法，包括以下步骤：称取聚乙烯醇PVA水溶液于反应器中，并向其中加入蒙脱土分散液和N,N‑二甲基甲酰胺DMF，搅拌；然后在高速搅拌下向其中滴加中和后的水性聚氨酯预聚体，搅拌；得到水性聚氨酯/聚乙烯醇/蒙脱土纳米复合乳液；其中PVA水溶液中的PVA和聚氨酯预聚体中纯聚氨酯PU的质量比为(0.1‑0.5)：1；蒙脱土分散液中蒙脱土和聚氨酯预聚体中纯聚氨酯PU质量比为(0.001‑0.02)：1。本发明制备得到的膜具有优异的拉伸性能，可以广泛应用于食品、医药包装领域。

技术领域

本发明涉及一种水性聚氨酯/聚乙烯醇/蒙脱土纳米复合乳液的制备，属于高分子材料改性技术领域。

背景技术

水性聚氨酯(WPU)性能优异，但是其力学性能、耐水性等性能较差，因而限制了其进一步广泛应用。

聚乙烯醇(PVA)是一种水溶性的结晶性聚合物，具有高强度、可降解、粘结性好等特点，其涂层具有优异的气体阻隔性、透明性、耐有机溶剂性等，但由于分子内含有大量强亲水性羟基，阻隔性能具有湿度依赖性，高湿度下涂层阻隔性能显著下降。

蒙脱土(MMT)是典型的层状硅酸盐，在水中具有良好的悬浮特性，且来源广泛、价格低廉，将其引入到水性聚氨酯和聚乙烯醇等聚合物基质中可有效提升材料的力学、阻隔、阻燃等性能。

但是目前仅有文献(RSC Advances，2015,5,73882)中介绍了一种将水性聚氨酯和聚乙烯醇物理共混制备出水凝胶的方法，所制备得到的材料力学、阻隔、阻燃等性能较差。

发明内容

为了解决上述至少一个问题，本发明提供了一种水性聚氨酯/聚乙烯醇/蒙脱土的制备方法，将聚乙烯醇水溶液先与蒙脱土分散液共混并加入一定量的N,N-二甲基甲酰胺DMF，使得聚乙烯醇先通过物理吸附与蒙脱土结合，再与聚氨酯预聚体复合制备出三者的稳定复合乳液，通过制膜得到具有高强度的水性聚氨酯/聚乙烯醇/蒙脱土纳米复合膜。

本发明首次采用两种水性聚合物即水性聚氨酯和聚乙烯醇作为基体，解决二者相容性差的问题，并通过加入纳米蒙脱土提高其力学性能。本发明的纳米乳液制备得到的复合膜的强度得到显著提高，且具有高阻隔、高阻水等性能。

本发明的第一个目的是提供一种水性聚氨酯/聚乙烯醇/蒙脱土纳米复合乳液的制备方法，包括以下步骤：

称取聚乙烯醇PVA水溶液于反应器中，并向其中加入蒙脱土分散液和N,N-二甲基甲酰胺DMF，搅拌；然后在高速搅拌下向其中滴加中和后的水性聚氨酯预聚体，搅拌；得到水性聚氨酯/聚乙烯醇/蒙脱土纳米复合乳液；其中PVA水溶液中的PVA和聚氨酯预聚体中纯聚氨酯PU的质量比为(0.1-0.5)：1；蒙脱土分散液中蒙脱土和水性聚氨酯预聚体中纯聚氨酯PU质量比为(0.001-0.02)：1。

在一种实施方式中，所述的N,N-二甲基甲酰胺DMF与蒙脱土分散液的质量比为(0-10):(2.4-16)。

在一种实施方式中，所述的水性聚氨酯/聚乙烯醇/蒙脱土纳米复合乳液的制备方法具体为：称取聚乙烯醇PVA水溶液于反应器中，并向其中加入蒙脱土分散液和N,N-二甲基甲酰胺DMF，搅拌2-5h；然后在高速搅拌下向其中滴加中和后的水性聚氨酯预聚体，反应1-2h后升温至60℃反应2h；整个反应过程持续搅拌，得到纳米复合乳液；其中PVA水溶液中的PVA和聚氨酯预聚体中纯聚氨酯PU的质量比为(0.1-0.5)：1；蒙脱土分散液中蒙脱土和聚氨酯(PU)预聚体中纯聚氨酯PU质量比为(0.003-0.02)：1。

在一种实施方式中，所述的水性聚氨酯/聚乙烯醇/蒙脱土纳米复合乳液的制备方法中整个反应过程的搅拌速度为300rpm。

在一种实施方式中，所述的PVA水溶液中PVA的质量分数为8％。