[发明专利]阳离子聚氨酯/无机纳米材料有机-无机杂化涂饰剂

说明书

技术领域：

本发明涉及一种阳离子聚氨酯纳米涂饰剂，特别是涉及水性聚氨酯/无机纳 米材料有机-无机杂化涂饰剂制备方法，涂饰剂可应用于天然皮革和合成革涂饰 等领域。

技术背景：

聚氨酯涂料由于其耐化学性、耐磨、装饰性好，附着力强等优异性能，被 广泛用于基建、家具、车辆、皮革等产品的涂装，目前广泛使用的溶剂型聚氨酯 在生产和施工过程中产生大量有机挥发物(VOC)，严重危害人们健康，破坏环境 及生态平衡。水性聚氨酯涂料难燃、无毒、低污染、易贮存、使用方便，具有溶 剂型聚氨酯相媲美的综合性能，近年来已经成功地应用于皮革涂饰、纸张涂层、 化学建材、汽车涂装等领域，有逐步取代溶剂型聚氨酯的发展趋势，成为了聚氨 酯研究和开发的重要方向。

传统的皮革涂饰剂绝大多数是阴离子性的，而涂饰前坯革也大多数带负电 荷，涂饰材料和坯革之间少有或没有自然亲和力，涂饰剂只能依靠胶粘力粘附于 革上；而阳离子涂饰剂则可以借阴、阳电荷的吸引作用来加强涂饰剂与革的附着， 粘着力更好，涂饰效果更加优异。阳离子聚氨酯与皮革纤维的等电点相近，对铬 鞣、植鞣及树脂结合鞣的皮坯均有良好的渗透性和结合性，能够应用在“三明治” 涂饰系统、“全阳离子”涂饰系统、“半阳离子”涂饰系统中，可以有效地遮盖粒 面伤残、填充和均匀皮面，赋予皮革柔软自然、平滑细致的手感，进一步提高皮 革的品质，创造出更高的市场价值。

单组分水性聚氨酯在硬度、耐水性、耐溶剂性、光泽度等都达不到溶剂型 或双组分聚氨酯的水平，限制了它的进一步应用，采用与无机纳米材料复合是提 升其综合性能的有效途径。无机纳米材料具有小尺寸效应、比表面大、表面能高 和表面配位不足等特性，使其易于与聚氨酯中的氧起键合作用，提高分子键合力： 同时易于分布到高分子链的空隙中，可以使材料的强度、韧性、延展性、耐水性 等得到大幅度的提高；而且纳米材料的量子尺寸和宏观量子隧道效应使其产生淤 渗作用，可以深入到聚氨酯分子链的不饱和键附近，并和不饱和键的电子云发生 作用，从而改善聚氨酯材料的热稳定性、光稳定性和化学稳定性，达到提高产品 的抗老化性能及耐化学性等目的。

制备纳米聚氨酯复合材料常用的共混法，无机纳米材料与聚氨酯之间仅仅 是简单的物理混合，存在无机粒子分散不均匀且易团聚的问题；而溶胶-凝胶法 所用到的前躯体价格昂贵而且毒性较大，会造成严重的环境污染。随着经济技术 发展和人们的环保意识加强，现有制备纳米聚氨酯的技术，已经不能为人们提供 符合现代环保要求的聚氨酯涂饰剂产品，实践需要科技人员开发出新的纳米聚氨 酯制备技术，以提供符合环境“可持续发展”要求的聚氨酯涂饰剂产品。

发明内容：

针对聚氨酯涂饰剂已有技术的现状，本发明的目的旨在提供一种无机粒子分 散均匀、制备无需任何前驱体的阳离子聚氨酯/无机纳米材料有机-无机杂化涂饰 剂及其制备方法，以解决纳米聚氨酯涂饰剂制备现有技术存在的无机粒子分散易 团聚不均匀，所用前躯体价格昂贵且毒性较大，对环境易造成严重污染等问题。

本发明的基本思想是采用集合了物理共混和化学交联方法优点的原位聚合 法制备有机-无机杂化涂饰剂。采用原位聚合法可以使纳米粒子均匀分散在聚氨 酯基体中，在纳米材料和聚氨酯基体间的界面处可产生有效的有机-无机杂化， 而不需要任何前躯体，以降低生产成本，符合现代环保的要求。

本发明的基本思路，首先制备聚氨酯预聚物，然后采用原位聚合法接入纳 米材料，通过扩链引入阳离子亲水基团，最后中和乳化所制得阳离子聚氨酯/无 机纳米材料有机-无机杂化涂饰剂。

本发明提供的制备阳离子聚氨酯/无机纳米材料有机-无机杂化涂饰剂方 法，具体包括如下制备步骤：

(1)分子量为600～4000的二元醇于真空度0.05～0.1MPa、温度110～ 130℃下脱水30～60min后，降温至不高于40℃室温，按摩尔比n_NCO/n_OH＝2～4 加入二异氰酸酯，加入二异氰酸酯质量0.3％～1.0％的催化剂，在氮气保护下于 60℃～90℃进行反应，充分反应后降温至不高于40℃室温，即制得聚氨酯预聚 物；