[发明专利]一种高阻氧水性聚氨酯/蒙脱土纳米复合乳液及制备方法

说明书

本发明公开了一种高阻氧水性聚氨酯/蒙脱土纳米复合乳液及制备方法，属于高分子材料改性技术领域。本发明的纳米乳液由下述重量份的原料制得：40‑80wt％的结晶多元醇，15‑50wt％的对称性异氰酸酯，2‑6wt％的亲水单体，50‑80wt％蒙脱土，0.1‑10wt％的超支化的聚乙烯亚胺。本发明制备的纳米复合乳液具有较好的分散稳定性，同时无机纳米粒子的引入使水性聚氨酯涂层的热稳定性、力学性能明显提高，蒙脱土独特的片层结构又使得阻隔性能增强，可广泛应用于耐高温的食品、医药包装等领域。

技术领域

本发明涉及一种高阻氧水性聚氨酯/蒙脱土纳米复合乳液及制备方法，属于高分子材料改性技术领域。

背景技术

水性聚氨酯(WPU)以水为分散介质，具有高分子量、低黏度、综合性能好、环保、安全、卫生等优点，符合绿色环保可持续发展理念，近年来在涂料、胶黏剂、油墨等领域得到了广泛应用。但是水性聚氨酯的力学性能、耐水性等性能还不能与传统溶剂型聚氨酯相媲美，因而限制了其进一步广泛应用。水性聚氨酯/无机纳米复合涂层将聚氨酯合成技术与无机纳米材料的合成、分散技术有机结合是提升水性涂层性能的有效途径。

蒙脱土(MMT)是典型的层状硅酸盐，具有来源广泛、价格低廉等优点，将其引入WPU中可有效提升其性能。通常选用有机季铵盐、胺类化合物、硅烷偶联剂等通过离子交换、氢键和共价键等作用方式对蒙脱土表面或层间进行不同程度的有机改性，以提高MMT在WPU膜中的分散性及相容性。但通常小分子改性剂对MMT层间距增大效果不明显，且改性MMT在水中的分散性受限。

发明内容

为了解决上述至少一个问题，本发明提供一种高阻氧水性聚氨酯/蒙脱土纳米复合乳液及制备方法；通过聚乙烯亚胺改性蒙脱土，提高材料的机械性能以及耐水性，且形成定向排列提高其阻隔性能和耐热性。

本发明选用高分子量超支化聚乙烯亚胺PEI插层改性MMT，将聚乙烯亚胺改性蒙脱土PEI-MMT与WPU复合后，可以制备出高含量(50％及以上含量)分散性好且稳定的WPU/PEI-MMT纳米复合乳液，得到了具有优异力学性能和阻氧性能的WPU/PEI-MMT纳米复合膜。

本发明的第一个目的是提供一种纳米复合乳液，由下述重量份的原料制得：40-80wt％的结晶性多元醇、15-50wt％的结构对称型异氰酸酯、2-6wt％的亲水单体、50-80wt％蒙脱土、0.1-10wt％的超支化的聚乙烯亚胺。

在一种实施方式中，所述的结构对称型异氰酸酯选用4,4'-二环己基甲烷二异氰酸酯、间苯二甲基异氰酸酯、2,6-甲苯二异氰酸酯或异佛尔酮二异氰酸酯、二苯基亚甲基二异氰酸酯、甲基环己基二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯中的一种或者几种。

在一种实施方式中，所述的结晶性多元醇选用聚四亚甲基醚二醇、聚四氢呋喃二醇、聚己二酸乙二醇酯二醇、聚己二酸-1,4-丁二醇酯二醇、聚己二酸-1.6-己二醇酯二醇中的一种或者几种，其分子量范围为1000-6000。

在一种实施方式中，所述的亲水单体选用二羟甲基丙酸，二羟甲基丁酸，1,2-二羟基-3-丙磺酸钠中的一种或者几种。

在一种实施方式中，所述的蒙脱土为纳基蒙脱土、钾基蒙脱土、钙基蒙脱土或锂基蒙脱土的一种；蒙脱土比表面积为30-1000m²/g，孔径3-30nm，阳离子交换容量30-300meq/100g。

在一种实施方式中，所述的聚乙烯亚胺为高分子量超支化聚乙烯亚胺，其分子量范围为25000-70000。

本发明的第二个目的是本发明所述的纳米复合乳液的制备方法，包括以下步骤：

利用聚乙烯亚胺改性蒙脱土得到聚乙烯亚胺改性蒙脱土分散液；然后在高速搅拌下逐滴加入中和后的聚氨酯预聚体反应，再升温进行反应，得到水性聚氨酯/聚乙烯亚胺改性蒙脱土纳米复合乳液。