[发明专利]一种用于提高聚氨酯油漆耐磨性能的纳米氧化铝分散体及超耐磨聚氨酯油漆的制备方法

说明书

一、技术领域

本发明涉及一种用于提高聚氨酯油漆耐磨性能的纳米氧化铝分散体及超耐磨聚氨酯油漆的制备方法，利用纳米Al₂O₃的表面羟基进行化学接枝，即在纳米材料表面接枝一种大分子量的聚氨酯分子链，提高纳米材料与聚氨酯基体的相容性，形成强烈的界面作用，实现其在高分子基体中的均匀分散，发挥纳米材料的超耐磨性质。

二、背景技术

纳米Al₂O₃是具有高强度、高硬度、抗磨损、耐高温、抗氧化、绝缘性好等优异特性的纳米材料。用纳米Al₂O₃填充改性高分子材料后，高分子材料的力学、电学及热性能等均可得到不同程度的提高，但纳米Al₂O₃与大多数纳米材料一样，在高分子材料中的应用也存在技术瓶颈：

(1)纳米材料的团聚性：与高分子材料复合时，一些纳米Al₂O₃随机聚合在一起，而不是平均分布，其非均匀的聚集会使复合材料造成结构缺陷，直接影响和降低材料的性能；

(2)改性纳米材料的技术与效果：国内外相关领域研究工作主要集中在用小分子偶联剂改性纳米Al₂O₃或者在其表面上直接接枝不同类型的大分子链，一定程度上控制了纳米材料在高分子材料中的聚集，也取得了较好的实验结果，但可惜的是很少进行规模化工业生产，可能有以下两点主要原因：(a)采用小分子偶联剂处理纳米Al₂O₃后，接枝在其表面的分子链较短，很难与高分子基体有很好的相容性、强烈的界面作用，不能让其均匀分散在基体中，导致性能提高不大，缺少较高的性价比。(b)鉴于小分子作用有限，出现了一些大分子功能化纳米Al₂O₃设计方案，基本可以控制其在复合材料中的聚集，但是往往涉及到繁琐的工艺流程，这也限制了其工业化进程。

因此，本申请发明提出了无排放、一步法制备大分子功能化纳米Al₂O₃分散体，不仅可以解决纳米Al₂O₃材料在聚氨酯油漆产品中的沉淀问题，还较大幅度提高油漆的耐磨性能，可以用于木器、汽车、家电、船舶以及其它工业油漆产品。

三、发明内容

本发明旨在提供一种用于提高聚氨酯油漆耐磨性能的纳米氧化铝分散体的制备方法以及利用该纳米氧化铝分散体制备超耐磨聚氨酯油漆的方法，通过在纳米Al₂O₃表面引入具有较强分子间作用力的氨基甲酸酯结构，制备分散稳定的纳米Al₂O₃分散体，实现纳米Al₂O₃与油漆中高分子材料的强烈相互作用，增加他们之间的界面作用，极大发挥纳米Al₂O₃的多种功能，用于制造高附加值、高品质聚氨酯油漆产品。

本发明纳米Al₂O₃分散体的合成原料由纳米Al₂O₃粉体、醋酸丁酯溶剂、异氰酸酯、催化剂、交联剂以及终止剂构成；首先，将纳米Al₂O₃粉体、醋酸丁酯溶剂、异氰酸酯和催化剂加入反应釜中，于50-90℃条件下进行纳米Al₂O₃的表面接枝反应，随后加入聚二元醇进行反应，最后以终止剂终止反应，得到的产物经过10-30分钟超声处理,最终得到分散稳定的纳米Al₂O₃分散体。

所述异氰酸酯选自甲苯二异氰酸酯(TDI)、4，4′-二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)、1,6-己二异氰酸酯(HDI)或异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)中的一种或几种，用量为所述纳米Al₂O₃重量的5-20％。

所述催化剂为N,N-二甲基环己胺、双(2-二甲氨基乙基)醚、三乙胺、N,N-二甲基苄胺、三乙醇胺、二月桂酸二丁基锡、辛酸亚锡、二醋酸二丁基锡、N,N′-二甲基吡啶、N,N′-二甲基吡啶、N-甲基吗啉、N,N′-二乙基哌嗪中的一种或几种，添加量为所述纳米Al₂O₃重量的5-10％。