[发明专利]一种有机蒙脱土-水性聚氨酯复合皮革涂饰剂及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及聚氨酯皮革用涂饰材料领域，具体涉及一种有机蒙脱土-水性聚氨酯皮革涂饰剂制备方法。本发明中提及的含量，除特别说明外，均为质量百分数表示。

背景技术

自1937年德国人Otto Bayer教授首次研究开发了用异氰酸酯与多元醇反应合成聚氨酯(PU)以来，PU得到了全世界的普遍重视。由于塑料、橡胶、涂料、粘合剂和纤维的合成技术的进步，对PU的需求与日俱增，各种形式和性能的PU材料应运而生。20世纪60年代初，PU首次用于皮革涂饰，由于其具有良好的韧性、高的弹性，耐寒耐磨、耐溶剂腐蚀等优点，引起了制革行业的极大关注，但是溶剂的污染问题也带来了一系列的负面效应。1972年德国Bayer公司率先开发出了水性PU皮革涂饰剂，与溶剂型PU相比，水性PU在合成过程中以水作为溶剂，减少了合成过程种有机溶剂的挥发和危险；使用时无毒，无污染、不燃烧、价廉，具有一般溶剂型PU的性能，是一种应用前景广泛的“绿色材料”。随着工业科技的进步，人们对材料的性能要求日益增加，对材料进行改性以改善其性能或增加特殊功能成为工业开发和研究的趋势。近年来，用无机纳米粒子比如纳米SiO₂、纳米TiO₂、蒙脱土、累托石等对聚氨酯改性引起了工业和学术界的广泛关注。当粘土以聚合物固含量的0.1％～20％分散在聚合物中，由于粘土纳米材料极大的比表面积、优良的热稳定性和尺寸稳定性的特点，使它掺杂在聚合物中可以使复合材料较常规材料具有更加优异的性能，例如高的机械强度、高模量、耐热稳定性好，具有一定的电子光学性能。

蒙脱土是一种近年来研究较多的纳米层状硅酸盐天然矿物，在我国有丰富的资源而且价格便宜，目前已广泛应用于纳米复合材料的制备。蒙脱土属于2∶1型的层状铝硅酸盐粘土矿物，即每一个单个晶胞是由两片Si-O四面体和夹在它们中间的一片Al-O八面体构成的三明治结构，二者之间靠公用氧原子连接，晶胞呈平行迭叠。这种四面体和八面体的紧密堆积结构使蒙脱土具有高度有序的晶格排列和很高的刚度，层间不易滑移。蒙脱土的层间通常靠吸附阳离子来维持电荷的平衡，同晶置换现象普遍存在，如Mg²⁺、Fe²⁺、Zn²⁺等可以取代八面体中的Al³⁺，Al³⁺、P³⁺等可以置换四面体中的Si⁴⁺，置换的结果使片层表面带有多余的负电荷，为保持电中性，这些过剩的负电荷通常通过吸附层间的阳离子来补偿，这些阳离子如Na⁺、Ca²⁺、Mg²⁺等是可交换的阳离子，它们很容易与有机或无机阳离子进行交换得到离子交换型粘土。工业和研究中通常应用这个特性对蒙脱土进行有机化改性，增加蒙脱土与有机分子链的相容性，同时使片层结构打开或剥离，片层剥离后形成一维纳米粒子，以改善材料的性能。早在上个世纪90年代，日本的丰田公司通过插层聚合的方法合成出高强度、高模量、高热变形温度、良好的阻透性能的尼龙/蒙脱土纳米复合材料，并实现了工业化，成功应用于制造汽车零部件上。

发明内容

本发明目的在于提供一种有机蒙脱土-水性聚氨酯复合皮革涂饰剂及制备方法，通过添加有机蒙脱土来改善单纯聚氨酯皮革涂饰剂的力学性能、耐热稳定性、耐水性能、卫生性能等。

技术方案主要包括一下几个步骤：

一种有机改性的蒙脱土，其特征在于通过季铵盐、有机胺、硅烷偶联剂、多异氰酸酯与蒙脱土进行插层改性反应而合成。

所述的有机蒙脱土以季铵盐、有机胺和硅烷偶联剂改性为例，其特征在于制备方法如下：

(1)季铵盐改性：称取一定量的蒙脱土，加水在常温下溶胀1～2小时，配成5％～20％的水溶液，然后在强烈搅拌的状态下分散30～120min。称取一定量的季铵盐，在常温下溶解，配成浓度为20％的溶液，在强力搅拌下，将季铵盐的水溶液逐滴滴加到蒙脱土分散液中至蒙脱土与季铵盐的质量比为1∶(0.3～0.5)，滴加时间为30～40min，在温度为60～80℃下进行反应，反应时间为3～5小时。反应完成后静置冷却到常温，过滤，分别用蒸馏水和50％～80％的乙醇溶液洗涤，直到滤液用1％的AgNO₃溶液检查澄清为止。将过滤后的粗产物放到烘箱中，在100～120℃烘干至恒重，在干燥器中冷却至常温，研磨成粉末即得有机蒙脱土。