[发明专利]纳米改性水性聚氨酯分散体的合成方法

说明书

技术领域

本发明涉及聚氨酯合成技术，特别是一种纳米改性水性聚氨酯分散体的合成方法。

背景技术

聚氨酯是一种含软段和硬段的嵌段共聚物，软、硬链段的不同特性赋予了聚氨酯特有的微相分离结构，从而使聚氨酯材料具有了良好的力学性能。随着近年来人们对环境的日益重视，挥发性有机物(VOC)的排放正受到越来越严格的限制，水性聚氨酯的研发已成为产业发展的重要趋势。目前，水性聚氨酯类涂层在织物、皮革、家具、建筑墙面等领域得到了广泛应用。特别在建筑涂料领域，水性聚氨酯涂料能同时将聚氨酯涂料硬度高、附着力强、耐磨性、柔韧性好等优点与水性涂料的低VOC相结合，已成为发展最快的建筑涂料品种之一。

另一方面，纳米技术已经渗透到很多领域，为改造传统产业、提高科技含量提供了新的机遇。纳米技术在外墙涂料中的应用，为开发新型外墙涂料开辟了一条新的途径。当前较多采用了氧化硅、氧化钛、碳酸钙、氧化锌等无机纳米粒子改性涂料，赋予涂料优异的性能和功能。然而，无机纳米粒子具有较高的活性，易于团聚，难以长期稳定分散。这是纳米改性水性聚氨酯涂料合成需解决的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，提供一种新型的纳米改性水性聚氨酯分散体的合成方法。

为解决技术问题，本发明提供的纳米改性水性聚氨酯分散体的合成方法，包括如下步骤：

(1)在750r/min的搅拌速率条件下，将钛酸丁酯与无水乙醇的混合液，缓慢加入到酸性水溶液中，获得水合钛离子溶液；

(2)在500r/min的搅拌速率及一定温度条件下，将上述水合钛离子溶液缓慢加入到新制备的水性聚氨酯分散体中，反应一段时间后，获得纳米二氧化钛粒子原位改性的水性聚氨酯分散体；

步骤(1)中，钛酸丁酯与无水乙醇的质量比为1∶0.5～1∶2；酸性水溶液的pH值控制在5～6.5；钛酸丁酯与水的质量比为1∶6～1∶10；

步骤(2)中，反应温度控制在30～60℃；反应时间为1～12h；水合钛离子溶液与水性聚氨酯分散体质量比为3∶1～8∶1。

本发明中，所述水性聚氨酯分散体采用传统的丙酮法制备，其过程如下：

将异氰酸酯与聚醚二元醇E220在50℃下反应2h，然后升温至75℃，并加入扩链剂二乙烯三胺或二羟甲基丙酸进行扩链；再加入三羟甲基丙烷反应，反应过程中加入丙酮调节粘度；反应2h后，用三乙胺调节pH值至7；接着在反应产物中加入纯净水，经搅拌乳化，脱除丙酮，最终获得水性聚氨酯分散体。

本发明中，所述酸性水溶液是以硫酸、盐酸、硝酸其中一种或几种的组合调节水溶液pH值所形成。

与现有制备技术相比，本发明具有以下特点：

常见的纳米粉体改性水性聚氨酯涂料存在易团聚、难分散的问题，本发明在新制备的聚氨酯分散体中引入水合钛离子，利用溶胶-凝胶反应控制技术，使它们附聚在乳液粒子表面，形成相应的定向排列结构，直接在乳液粒子的表面原位合成结晶态的二氧化钛纳米粒子，而传统溶胶-凝胶方法在低于100℃进行包覆所获得的纳米包覆层并不具有晶体结构，导致功能难以充分发挥。该纳米粒子原位改性的水性聚氨酯分散体可用于配制水性聚氨酯涂料，从而有效解决了纳米改性水性聚氨酯涂料制备中纳米粉体易团聚的问题。

附图说明

图1是本发明中纳米改性水性聚氨酯分散体的透射电镜照片；

图2是该纳米改性水性聚氨酯分散体表面的透射电镜选区衍射照片，表明水性聚氨酯乳液粒子表面为结晶态的二氧化钛纳米粒子。

具体实施方式

以下通过实例进一步对本发明进行描述。

本发明中，首先采用传统的丙酮法制备水性聚氨酯分散体，其过程如下：

将异氰酸酯与聚醚二元醇E220在50℃下反应2h，然后升温至75℃，并加入二乙烯三胺、二羟甲基丙酸等扩链剂进行扩链；再加入三羟甲基丙烷反应，反应过程中加入丙酮调节粘度；反应2h后，用三乙胺调节pH值至7左右；接着在反应产物中加入纯净水，经搅拌乳化，脱除丙酮，最终获得水性聚氨酯分散体。

纳米改性水性聚氨酯分散体的合成方法包括如下几个步骤：

(1)在750r/min的搅拌速率条件下，将钛酸丁酯与无水乙醇的混合液，缓慢加入到酸性水溶液中，获得水合钛离子溶液；

(2)在500r/min的搅拌速率及一定温度条件下，将上述水合钛离子溶液缓慢加入到之前新制备的水性聚氨酯分散体中，反应一段时间后，获得纳米二氧化钛粒子原位改性的水性聚氨酯分散体。

本发明中，各实施例中的试验数据见下表：

最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本发明的具体实施例子。显然，本发明不限于以上实施例子，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。