[发明专利]一种环保型自清洁水性聚氨酯及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及纳米材料和自清洁材料研究领域，具体涉及一种具有光降解表面有机污染物、防止灰尘粘附和杀菌防霉功能的环保型自清洁水性聚氨酯及其制备方法。

背景技术

自从20世纪90年代自清洁概念被提出来以后，它就成为了科学研究和商品开发中的热点和难点。自清洁材料具有防止灰尘粘附、表面污染物在雨水等外力作用下易于脱落和光降解表面有机污染物等性能，具有节能、环保等优点。

各种自清洁材料相继出现，其中，纳米二氧化钛因为光催化能力强、光致超双亲性、光稳定性好、防紫外线以及杀菌防霉等作用而成为自清洁材料研究中的热点。纳米二氧化钛具有锐钛型、金红石型和板矿型三种晶型，其中，锐钛型光催化性最强，金红石型热稳定性和抗紫外能力最好，均强于无定形纳米二氧化钛。与传统的制备纳米二氧化钛的方法相比，微波加热分解过氧化钛的方法，具有反应时间短、结晶度高和粒径分散均匀等特点。

水性聚氨酯涂料具有优异的耐磨性、耐化学品性、硬度高、柔韧性好和附着力好等优点，以水为溶剂，环保性好，在皮革涂饰剂、建筑涂料和汽车漆等方面有大量应用。向水性聚氨酯中加入纳米二氧化钛使其具有防止灰尘粘附、光降解表面有机污染物、杀菌防霉等自清洁性能成为研究的热点。纳米材料的分散性一直是影响其性能的关键性因素。向水性聚氨酯中加入纳米二氧化钛的难点问题在于如何通过简单的方法使纳米二氧化钛既有好的分散性，同时还具有良好的光催化性能。

本发明利用微波加热过氧化钛在短时间内制备出锐钛型和金红石型混合晶型的纳米二氧化钛水溶胶，通过简单的直接加入的方法加入到水性聚氨酯中，利用锐钛型纳米二氧化钛强的光催化能力和金红石型纳米二氧化钛良好的抗紫外能力，同时解决了纳米二氧化钛的分散性和具有良好的光催化活性等问题，制备出具有自清洁功能的水性聚氨酯。

发明内容

本发明的目的在于提供一种环保型自清洁水性聚氨酯及其制备方法。通过微波加热分解过氧化钛制备出锐钛型和金红石型混合晶型的纳米二氧化钛水溶胶，然后滴加入水性聚氨酯中，搅拌均匀制备出自清洁水性聚氨酯。

本发明提供的环保型自清洁水性聚氨酯，是由按干重计0.05~5.0份的粒径为1nm~100nm的纳米二氧化钛和100份的水性聚氨酯组成，其中纳米二氧化钛是由锐钛型和金红石型二氧化钛组成的，金红石型含量为20%~80%。该自清洁水性聚氨酯的具体制备方法如下：

（1）、将一定量的钛的前体在冰水浴条件下溶于一定量去离子水中，之后加入浓度为2.5%~15%的氨水直至完全沉淀，过滤得沉淀；

（2）、将上述沉淀用去离子水洗涤干净以后溶解于双氧水中，然后加去离子水至钛浓度为0.1~1.0M，之后用氨水或硝酸调节溶液pH值为1~7；

（3）、微波加热上述溶液至100℃~200℃并反应10min~40min，得到锐钛型和金红石型混合晶型的纳米二氧化钛水溶胶；

（4）、取适量所制得的纳米二氧化钛水溶胶缓慢滴加到水性聚氨酯中，搅拌均匀即得到环保型自清洁水性聚氨酯。

在上述方案中，所述钛的前体为四氯化钛、三氯化钛、硫酸氧钛和硫酸钛中的一种。

在上述方案中，所述双氧水的用量与钛元素的摩尔比为（10~50）:1。

在上述方案中，环保型自清洁水性聚氨酯中纳米二氧化钛和聚氨酯固含量比为(0.05~5.0):100，优化为(0.1~2.0):100。

在上述方案中，所述引入纳米二氧化钛的方法既可以为在加水分散乳化聚氨酯时将所得纳米二氧化钛水溶胶滴加到乳化液中，再和聚氨酯共混，也可以为将所得纳米二氧化钛水溶胶直接滴加入水性聚氨酯中，搅拌均匀，得到自清洁水性聚氨酯。

本发明与已有技术相比，具有以下积极效果和优点：

（1）环境友好：本发明中利用微波加热分解过氧化钛制备纳米二氧化钛，反应时间短，不需要长时间加热回流和高温煅烧，以无机钛盐为钛的前体，使用双氧水为氧化剂，以水为溶剂，不使用乙酰丙酮等有机抑制剂，不使用有机溶剂，有利于环境保护；

（2）制备工艺简单：本发明中制备的纳米二氧化钛水溶胶以水为溶剂，既可以滴加入乳化液后再和聚氨酯共混，也可以直接滴加到水性聚氨酯中，适当搅拌即可得到很好分散，可以在实际生产中方便的使用；