[发明专利]硅氧烷和纳米二氧化硅双重改性的紫外光固化水性聚氨酯分散体的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种新型水性涂料用有机硅氧烷和无机纳米二氧化硅双重改性水性聚氨酯树脂的制备方法，主要是涉及一种绿色环保的新型紫外光固化涂料的制备方法。属于紫外光固化水性涂料技术领域。 

背景技术

目前，水性涂料已成为环保涂料发展的主要方向，尤其是水性紫外光（UV）固化涂料技术因其符合高效、环保、节能、清洁生产理念而日益为人们所关注。另外水性光固化涂料结合了传统UV固化技术和水性涂料技术两者的许多优点，成为极具开发、应用前景的新的涂料技术。在众多水性UV固化树脂体系中，水性聚氨酯丙烯酸酯体系由于综合性能较好，如良好的粘结性、力学强度、耐溶剂性等，而广泛用于木材、金属、塑料等基材表面的保护和装饰涂层。但是光交联聚氨酯乳胶膜的力学性能还不能与传统交联聚氨酯膜性能相媲美，从而限制了该乳液在涂层材料领域的广泛应用。纳米二氧化硅具有高硬度、低折光指数等优点，被广泛用于增强聚合物体系。《应用聚合物科学杂志》（Journal of Applied Polymer Science, 2004,94, 1347）介绍先将气相二氧化硅粉体进行改性并在聚氨酯丙烯酸酯预聚体合成过程中加入改性的气相二氧化硅粉体，得到气相二氧化硅改性水性聚氨酯丙烯酸酯分散体。但是以上制备方法中需要对气相二氧化硅进行改性，改性过程比较烦琐，另外所使用的气相二氧化硅是微米尺度的不是纳米尺度。《胶体聚合物科学》（Colloid Polymer Science 2006, 284,1067）和《应用聚合物科学杂志》（Journal of Applied Polymer Science, 2000,75, 968）介绍将水性二氧化硅溶胶与光固化水性聚氨酯丙烯酸酯分散体进行物理共混以提高涂层表面的力学性能如硬度等，但是由于只是将纳米二氧化硅溶胶与水性聚氨酯丙烯酸酯体系进行简单的物理共混，无机纳米二氧化硅与有机聚氨酯丙烯酸酯之间缺乏足够的相互作用，容易使纳米二氧化硅产生团聚，从而使涂层的表面力学性能提高不是很显著。本发明在以上工作基础上，首先通过自制有机硅氧烷改性聚氨酯预聚体，然后在水性分散体制备过程中引入纳米二氧化硅，通过有机硅氧烷改性聚氨酯，可有效增强聚氨酯与纳米二氧化硅的相互作用，解决纳米二氧化硅在聚氨酯分散体中容易团聚、相容性差等问题。 

发明内容

本发明的目的是提供一种提高涂层表面力学性能如硬度、耐磨性、耐划伤性的新型水性紫外光固化聚氨酯分散体的制备方法。在聚氨酯预聚体合成中引入有机硅氧烷，合成了有机硅氧烷改性聚氨酯树脂，之后在聚氨酯分散体合成中原位引入纳米二氧化硅，得到有机硅氧烷和纳米二氧化硅改性的水性光固化聚氨酯分散体系。通过有机硅氧烷改性聚氨酯，可有效增强聚氨酯与纳米二氧化硅的相互作用，解决纳米二氧化硅在聚氨酯分散体中容易团聚、相容性差等问题，可显著提高光固化乳胶涂膜的力学性能如硬度、耐磨性。弥补了传统水性紫外光固化聚氨酯的性能上的不足。 

本发明的技术方案：一种有机硅氧烷和纳米二氧化硅双重改性的紫外光固化水性聚氨酯分散体的制备方法，该分散体组分为： 

聚醚多元醇低聚物               25-40wt%， 

双羟基硅氧烷                    5-15wt%，

二异氰酸酯类化合物             30-40wt%，

多羟基羧酸                      3-6wt%，

含羟基的不饱和双键丙烯酸酯单体  4-8wt%，

胺类化合物                      3-6wt%，

纳米二氧化硅                    4-15wt%；

少量的阻聚剂、催化剂、稀释剂丙酮和光引发剂的量不包括在其中；

制备步骤为：

（1）双羟基硅氧烷的合成：在冰浴下，按配比在有机硅氧烷和阻聚剂的混合液中，缓慢滴加含有含羟基的不饱和双键丙烯酸酯单体，滴加完毕后控制温度在40℃反应6小时，反应结束后产物用正己烷萃取得到淡黄色液体，即为所需双羟基硅氧烷；所述的配比为含羟基的不饱和双键丙烯酸酯单体: 有机硅氧烷的摩尔比为2:1；

所用的有机硅氧烷为氨基硅烷偶联剂KH550；

所述的阻聚剂选用对苯二甲酚、对羟基苯甲酚、对甲氧基苯酚、叔丁基邻苯二酚或2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚，其用量为含羟基的不饱和丙烯酸酯单体质量的0.1%-0.2%；