[发明专利]含聚醚多元醇/纳米TiO2杂化材料的水性聚氨酯涂料

说明书

技术领域

本发明属于水性聚氨酯涂料技术领域，特别涉及一种含聚醚多元醇/纳米TiO₂杂化材料的水性聚氨酯涂料及其制备方法和应用。

背景技术

纳米二氧化钛具有颗粒尺寸小、比表面大、表面能高等特点，因而能表现出纳米粒子特有的表面与界面效应、小尺寸效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等特殊性质。此外，纳米二氧化钛还具有吸收紫外光、杀菌、耐腐蚀、自清洁等优良性能。因此，将它引入聚合物中可以大大提高材料的力学性能、耐老化性、抗紫外线和耐腐蚀性等性能，并能使其呈现出光、电、声、磁、热力学等纳米效应，为制备多功能复合材料提供了新的途径。

水性聚氨酯是以水为分散介质，聚氨酯溶解或分散于水中而形成的二元胶态体系。水性聚氨酯具有优良的机械性能、耐溶剂、耐化学腐蚀、无毒、无臭味、无污染等优点，被广泛用于纺织印染加工、皮革加工、建筑涂料、纸张涂层、木器涂料、粘合剂等领域。但单一的水性聚氨酯耐高温、耐紫外线、耐水性较差，因而限制了它的推广应用。

纳米粒子改性水性聚氨酯是水性聚氨酯改性中的一个新方向。将纳米二氧化钛用于水性聚氨酯涂料中，不仅可使水性聚氨酯涂料具有优异的力学性能和热稳定性，而且还可使涂料具有抗紫外线、抗菌和自洁能力。在纳米二氧化钛改性水性聚氨酯的制备中，纳米粉体在聚氨酯中的分散性及无机纳米粒子与聚氨酯的相容性最为重要，分散性和相容性不好会降低改性效果。通常采用分散剂、偶联剂或表面活性剂等处理纳米二氧化钛，并采用高速搅拌和超声波分散来提高纳米粒子的分散效果。以上方法虽能在一定程度上减少纳米粒子的团聚，但难以提高纳米二氧化钛与聚氨酯的相容性。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点与不足，本发明的首要目的在于提供一种含聚醚多元醇/纳米TiO₂杂化材料的水性聚氨酯涂料。

本发明另一目的在于提供一种上述含聚醚多元醇/纳米TiO₂杂化材料的水性聚氨酯涂料的制备方法。

本发明再一目的在于提供上述含聚醚多元醇/纳米TiO₂杂化材料的水性聚氨酯涂料在建筑、交通、家具、印刷、仪表仪器等领域中的应用。

本发明的目的通过下述方案实现：

一种含聚醚多元醇/纳米TiO₂杂化材料的水性聚氨酯涂料，包含以下质量份的组分：25～75份聚醚多元醇/纳米二氧化钛杂化材料、15～65份二异氰酸酯、100份聚醚多元醇、8～16份多羟基羧酸、0.05～0.5份有机金属催化剂、0.5～10份交联剂、6.2～12.4份中和剂、1～8份扩链剂、0.2～2.0份消泡剂。

所述的聚醚多元醇/纳米二氧化钛杂化材料具有如下结构式所示结构：

其中，R为

中的至少一种；上述R的结构式依次对应着分子量为200～10000的聚醚二元醇、聚醚三元醇、聚醚四元醇、聚醚五元醇、聚醚六元醇，m＝3～172，n＝1～58，k＝1～43，p＝1～35，q＝1～29。

上述聚醚多元醇/纳米二氧化钛杂化材料由包含以下步骤的制备方法制备得到：

(1)将异氰酸酯基硅烷偶联剂、聚醚多元醇、有机金属催化剂混合，搅拌反应，得到聚合物A；

(2)将步骤(1)制备得到的聚合物A、纳米二氧化钛分散液、水、甲苯混合，搅拌反应，得到聚醚多元醇/纳米二氧化钛杂化材料。

步骤(1)中所用异氰酸酯基硅烷偶联剂和聚醚多元醇的质量比为10:40.5～10:146。

所用有机金属催化剂的量为催化量即可。

步骤(2)中所用聚合物A、纳米二氧化钛分散液和水的质量比为(12～50):(10～30):(1～4)。

步骤(2)所用的甲苯用于提供溶液环境，其用量可根据需要调整，优选所用的量与聚合物A的质量比为100:50～200:12。

步骤(1)中所述的异氰酸酯基硅烷偶联剂可选自3-异氰酸酯基丙基三甲氧基硅烷和3-异氰酸酯基丙基三乙氧基硅烷中的至少一种。

步骤(1)中所述的聚醚多元醇可选自分子量为200～10000的聚氧化丙烯醚多元醇(PPG)、聚四氢呋喃醚多元醇(PTMEG)和四氢呋喃-氧化丙烯共聚多元醇中的至少一种；更优选为聚氧化丙烯醚三元醇。

步骤(1)中所述的有机金属催化剂可选自辛酸亚锡、二丁基二月桂酸锡、辛酸铅和二醋酸二正丁基锡中的至少一种，其中优选为二丁基锡二月桂酸酯。