[发明专利]纳米材料提高水性聚氨酯涂料与胶黏剂阻燃性的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及的聚氨酯的制备方法，特别涉及纳米材料提高水性聚氨酯涂料与胶黏剂阻燃性的制备方法。

背景技术

水性聚氨酯是一种在聚氨酯的分子链中含有亲水性基团的聚氨酯树脂，与水具有很强的亲和性，采用特定的工艺能使之在水中分散并形成稳定的体系。水性聚氨酯主要应用于皮革涂饰、纺织印染、造纸业、建筑涂料、胶粘剂等方面，所涉及的几乎都是易燃材料，这些材料在使用时如未经阻燃处理，必然成为引发火灾的安全隐患。水性聚氨酯的阻燃化，是水性聚氨酯功能化的重要方向之一。

可提高材料阻燃性的纳米材料有氢氧化镁、氧化镁、氧化硅等，由于其无毒、抑烟、分解温度较高等特点，受到了人们的广泛关注。但上述无机纳米材料添加量较大（参见：袁绍彦，徐宏， 古宏晨.阻燃型聚合物基纳米复合材料的研究[J].功能材料，2005,36（6）：817-820），且其表面亲水疏油、极性较大，易团聚，使其在有机材料中的相容性和分散性较差，直接导致材料的力学性能下降（参见：张颖，侯文生，魏丽乔，等．纳米SiO₂的表面改性及其在聚氨酯弹性体中的应用[J]．功能材料，2006，37(8)：1286—1288），大大限制了无机纳米材料的使用范围。为了提高无机纳米材料在有机材料中的相容性和分散性，改善其表面亲油性，需要进行表面改性，因此，需要采用表面改性的方法来提高它们的相容性 ，并达到提高材料力学和阻燃性的效果。

聚氨酯进行合成常采用二月桂酸二丁基锡做催化剂，但由于重金属锡在随着聚氨酯的降解而对环境造成危害，筛选高效无毒的催化剂是聚氨酯合成中的一大难题。

碳纳米管（CNT）中碳原子以sp2 杂化为主，同时六角型网格结构存在一定程度的弯曲，形成空间拓扑结构，其中可形成一定的sp3 杂化键，即形成的化学键同时具有sp2 和sp3 混合杂化状态，而这些p 轨道彼此交叠在碳纳米管石墨烯片层外形成高度离域化的大π 键，碳纳米管外表面的大π 键是碳纳米管与一些具有共轭性能的大分子以非共价键复合的化学基础，利用对碳纳米管改性，作为一种催化剂，作为聚氨酯预聚体的催化剂。

发明内容

  选择Pd/Fe₃O₄-CNT催化剂替代传统的聚氨酯催化剂，加入到聚四氢呋喃醚二醇与异佛尔酮二异氰酸酯中进行催化，选择纳米材料如纳米氧化镍、纳米砷化镓、金刚石纳米粉、纳米铟锡金属氧化物和纳米氧化钇对聚氨酯进行改性，提高聚氨酯涂料与胶黏剂的阻燃性。

本发明采用了以下技术方案。

1. 纳米材料提高水性聚氨酯涂料与胶黏剂阻燃性的制备方法，其特征在于：

（1）、往500ml三口瓶中加入碳纳米管3.0g、250g 浓硝酸，室温搅拌24h，然后用去离子水洗涤至溶液pH呈中性，100℃干燥过夜，研磨备用得到预处理的碳纳米管；称取预处理后的碳纳米管1.0g，加入60g三乙二醇，超声5min 后，再加入Fe(acac)₃1.5g，继续超声10min，通入氮气，加热至溶液沸腾，回流0.5h 后冷却至室温，用乙醇洗涤至无色后，在80℃下鼓风干燥过夜，得到Fe₃O₄/CNT载体；称取Pd(acac)₂0.0446g，1，2- 十六烷二醇0.1135g，二辛醚20g和乙二胺四乙酸二钾0.12g，通入氮气，加热至100℃，加入0.5g Fe₃O₄/CNT载体，继续加热至沸腾，回流0.5h，冷却至室温，关闭保护气，抽滤，用无水乙醇洗涤至无色，80℃鼓风干燥过夜，得到Pd/Fe₃O₄-CNT 催化剂；

（2）、在装有搅拌浆、温度计、冷凝管的500ml的四口烧瓶中，将聚四氢呋喃醚二醇102g与异佛尔酮二异氰酸酯33.6g混合，在上述（1）的Pd/Fe₃O₄-CNT 催化剂0.26g存在的条件下，于85℃下反应1.5h，得到134.5g聚氨酯预聚体A； 

（3）、向聚氨酯预聚体A中加入二羟甲基丙酸4.76g和乙酸异丙酯15g，于75℃条件下反应1.5h，加入三乙胺5.99g进行中和反应30min，加水20g进行乳化，形成180g的聚氨酯B备用；