[发明专利]一种功能性水性聚氨酯皮革涂饰剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及自清洁材料和水性聚氨酯皮革涂饰材料研究领域，具体涉及一种具有光催化降解表面有机污染物、杀菌防霉性能的功能性水性聚氨酯皮革涂饰剂及其制备方法。

背景技术

自清洁材料具有环保和节省清洗费用等优点，越来越受到市场的青睐，也受到学术界的广泛关注。目前，基于不同的自清洁原理，已发展了两类自清洁涂饰剂。一类是超疏水自清洁涂饰剂，它通过水滴滚动带走灰尘，实现类似于荷叶的自清洁功能。但这类材料存在制备工艺复杂、制备面积小、力学性能差、耐油性污染物能力差等问题，缺乏实际使用价值。另一类是基于无机光催化半导体材料的自清洁涂饰剂，最为典型的是纳米二氧化钛(TiO₂)涂饰材料。

聚氨酯是综合性能优秀的合成树脂之一，目前已经形成了一个多品种、多系列的材料家族。溶剂型的聚氨酯涂料品种众多、用途广泛，在涂料产品中占有非常重要的地位，但溶剂型聚氨酯会给环境造成很大的破坏。水性聚氨酯的研究始自20世纪50年代，70年代开始工业化生产用作皮革涂饰剂的水性聚氨酯。90年代以后，随着人们环保意识以及环保法规的加强，环境友好的水性聚氨酯的研究开发日益受到重视，其应用已由皮革涂饰剂不断扩展到涂料、黏合剂等领域，逐步占领溶剂型聚氨酯的市场。

本发明首先利用溶剂热法制备了掺杂型、表面PEG化的纳米TiO₂，然后将其溶于聚合物多元醇中，采用原位聚合法制得含有上述改性纳米TiO₂的聚氨酯皮革涂饰剂，解决了纳米TiO₂的分散性问题。在不影响涂饰材料成膜性能的同时，利用纳米TiO₂的光催化活性和纳米效应，使聚氨酯皮革涂饰剂具有光催化自清洁、抗紫外老化及杀菌防霉等性能。

发明内容

本发明目的在于提供一种功能性水性聚氨酯皮革涂饰剂及其制备方法。采用原位聚合法将具有可见光响应的纳米TiO₂均匀分散于水性聚氨酯中，制得具有自清洁、杀菌防霉和抗紫外老化功能的水性聚氨酯皮革涂饰剂。

为了达到上述目的，本发明采取了以下技术方案：

本发明所述的一种功能性水性聚氨酯皮革涂饰剂，其制备过程包括掺杂型、表面PEG化的纳米TiO₂的制备和含有上述纳米TiO₂的聚氨酯的制备二个步骤。

本发明所述的掺杂型、表面PEG化的纳米TiO₂的制备方法如下：

（1）将钛的前体加入到聚乙二醇中，高速搅拌，反应一段时间，得到粘稠溶液；

（2）向上述粘稠溶液加入浓盐酸，调节pH为2～4，添加含有掺杂元素的化合物，继续搅拌一段时间后，转入高压反应釜中，于140～180℃反应4～8h，经无水乙醇洗涤、离心、干燥，得到掺杂型、表面PEG化的纳米二氧化钛。

上面所述的聚乙二醇的分子量范围为200~8000。

上面所述的钛的前体为钛酸四丁酯、钛酸四异丙酯、钛酸四乙酯的一种或几种混合物。

上面所述的掺杂元素为Fe、Cu、Mn、Ag、N、S、I中的一种或几种。

本发明所述的含有掺杂型、表面PEG化的纳米TiO₂的功能性水性聚氨酯皮革涂饰剂制备方法如下：

（1）将掺杂型、表面PEG化的纳米二氧化钛溶于聚合物多元醇中，在110～120℃下真空脱水2～5h，之后将反应温度降至70～80℃，真空转换为氮气，加入溶剂四氢呋喃；

（2）快速向上述混合液中加入异氰酸酯单体，滴加二月桂酸二丁基锡催化剂，反应1～2h后反应器升温为80～90℃，加入亲水性扩链剂2,2-二羟甲基丙酸，反应1～2h，之后加入小分子扩链剂1,4-丁二醇，反应3～5h后降温至40～50℃，然后加入三乙胺中和，继续反应30～40min；

（3）将上述反应产物在高速搅拌下加水乳化，之后减压蒸馏除去残留四氢呋喃，得到功能性水性聚氨酯皮革涂饰剂。

上面所述的聚合物多元醇为分子量为200~8000的聚醚多元醇、聚氧化丙烯二醇、聚四氢呋喃、聚碳酸酯二醇、聚乙二醇中的一种或几种的混合物。

上面所述的掺杂型、表面PEG化的纳米二氧化钛占功能性水性聚氨酯皮革涂饰剂干重的1～8%。

本发明与已有技术相比，具有以下积极效果和优点：