[发明专利]一种纳米溶胶改性水性聚氨酯乳液的制备方法及应用

说明书

技术领域

本发明属于水性涂料技术领域，特别涉及应用于一种纳米溶胶改性水性聚氨酯乳液的制备方法及应用。

背景技术

水性聚氨酯，是将聚氨酯溶于水中或分散于水中而形成的乳液体系。水性聚氨酯涂料以水为基本介质，不仅具有聚氨酯涂料的耐磨耗，耐射线辐射，高弹性等优良性能，更具有不燃，无污染，节能，操作加工方便等优点，所以受到人们的高度重视。水性聚氨酯涂料主要应用在木器，塑料，建筑等领域。近年来，国内外在水性聚氨酯的科研开发与应用等方面虽然取得了较大进展，但水性聚氨酯目前还存在耐水性、耐溶剂性差，物理机械性能不强，光泽度不够等缺点，较大程度上影响了它的推广应用。

为了改善和提高水性聚氨酯涂料的综合性能，需要对其进行复合改性，最常见的改性方法是环氧树脂和丙烯酸树脂等有机复合改性，以及纳米二氧化硅，纳米碳酸钙，蒙脱土等无机复合改性。其中，环氧树脂改性所得聚氨酯乳液存在稳定性差的问题，而丙烯酸改性聚氨酯涂料存在涂膜耐水性和耐溶剂性较差、涂膜干燥时间较长等问题。近年来，利用纳米材料改性已成为聚合物改性的主要手段之一，对水性聚氨酯的改性研究也取得了重要进展。

在上述无机纳米粒子填充物中，纳米二氧化硅具有较高的硬度，相对低的折射率，经济易得，而且表面有许多硅羟基，有助于在聚氨酯基质中的分散，因此在水性聚氨酯乳液的性能改进中具有很大的优势。

专利CN 101250374A中报道，采用50～250nm中空SiO₂微球，异氰酸酯封端的聚氨酯预聚体，催化剂与其他助剂化学复合得到的水性聚氨酯涂料，硬度及耐水性较好，耐热及抗紫外光性能优异，但是制备纳米中空SiO₂微球及接下来复合乳液的制备过程较为复杂，且使用了聚乙烯吡咯烷酮，苯乙烯等有机溶剂，不符合环保经济的要求；专利CN1536032A报道了一种纳米二氧化硅溶液及其制造方法，该乳液可直接加入到水性涂料中，用于水性涂料的复合改性，它是将纳米二氧化硅溶胶加入醇，偶联剂等制得。该纳米二氧化硅在水性乳液中具有良好的分散性，但是制备过程中使用了5～15％的表面活性剂，不仅会影响水性涂料的性能，而且成本较高，限制了应用；专利CN101029198报道了一种水性聚丙烯酸酯有机-无机复合涂料及其制造方法，它以聚氨酯乳液，水分散性多异氰酸酯，二氧化硅溶胶为原料，在水相中通过溶胶凝胶法制得有机-无机杂化复合涂料，该涂料具有较高的硬度，透明性和耐水性等，而且本发明通过机械共混搅拌制得，方法简单，但是并未解决高含量的二氧化硅组分在水性体系中分散均匀性不好，以及有机和无机组分在密度和极性等发面的差异性问题，使得其性能与理想中的涂料相比仍具有很大不足。

发明内容

针对现有技术的上述的不足，本发明目的之一在于，提供一种制造工艺简易，成本低的纳米溶胶改性水性聚氨酯乳液的制备方法；

本发明目的还在于，提供一种耐水性、耐溶剂性能好，且硬度高等涂膜性能优异的纳米溶胶改性水性聚氨酯乳液；

同时，本发明还提供了一种纳米溶胶改性水性聚氨酯乳液的应用方法。

为实现上述目的，本发明所提供的技术方案是：

一种纳米溶胶改性水性聚氨酯乳液的制备方法，其特征在于，其包括以下步骤：

(1)制备改性纳米溶胶：

(1.1)按照重量百分比制备如下组分的原料：

纳米溶胶    50～70％

偶联剂      20～35％

醇类溶剂    5～15％

(1.2)先将醇类溶剂和偶联剂混合制得溶液，然后放入高速分散机以实现均匀混合，启动高速分散机，该高速分散机的转度设定为1000～1500转/分钟，分散时间为10～15分钟；

(1.3)步骤(1.2)完毕后，将纳米溶胶溶解在上述溶液中，然后启动高速分散机，该高速分散机的转度设定为2000～3000转/分钟，分散时间为3～6小时，分散动作完毕后初步得到改性纳米溶胶；

(1.4)分散动作完毕后，用500目的纱布过滤，将其装入防潮密闭容器中，进行包装，制得改性纳米溶胶；

其中，所述的纳米溶胶为粒径为小于或等于100nm、分散液状的纳米SiO₂、纳米Al₂O₃或/和纳米ZrO₂之一，其中纳米SiO₂、纳米Al₂O₃和纳米ZrO₂的固含量10～50wt％；

(2)制备改性水性聚氨酯乳液：