[发明专利]高含量纳米二氧化硅改性的聚氨酯丙烯酸酯紫外光固化涂料的制备方法

说明书

本发明涉及有机‑无机复合材料技术领域，具体涉及一种高含量纳米二氧化硅改性的聚氨酯丙烯酸酯紫外光固化涂料的制备方法。本发明通过利用纳米二氧化硅表面的活性羟基对其进行多次化学改性，制备所得的高含量纳米二氧化硅改性的聚氨酯丙烯酸酯紫外光固化涂料的柔韧性好，粘附力强，剥离强度较高，耐磨性和耐低温性较好，耐水性和耐候性好，光泽度好，同时由于纳米二氧化硅的加入使得其力学强度和热稳定性也得到了提升，并且与含有未改性纳米二氧化硅的聚氨酯丙烯酸酯紫外光固化涂料相比，纳米二氧化硅不易团聚，与聚氨酯丙烯酸酯的结合较好，从而该涂料的力学和机械性能均得到了大幅度的提升。

技术领域

本发明涉及有机-无机复合材料技术领域，具体涉及一种高含量纳米二氧化硅改性的聚氨酯丙烯酸酯紫外光固化涂料的制备方法。

背景技术

聚氨酯丙烯酸酯涂料由于其分子结构中同时含有氨基甲酸酯基和丙烯酸官能团，因此同时具有聚氨酯的柔韧性好，粘附力强，剥离强度较高，耐磨性和耐低温性较好等优点，还具有聚丙烯酸酯耐水性和耐候性好，光泽度好等优点，因此聚氨酯丙烯酸酯作为紫外光固化涂料被广泛应用于木材加工，包装材料，造纸和印刷工业，电子元器件制造，塑料和金属的表面处理等领域。

但传统的紫外光固化聚氨酯丙烯酸酯涂料的力学强度和热稳定性较差，对其使用造成了一定程度的限制。因此为了改善其性能，在其聚合物基体中加入无机纳米微粒从而得到聚合物基复合材料，这类复合材料能够在不改变聚合物自身优良性能的同时，发挥纳米材料比表面积大和表面效应强的优点，从而拓宽了聚氨酯丙烯酸酯涂料在各个领域的应用。其中为了改善其力学性能，最常使用的便是纳米二氧化硅微粒。但是纳米微粒由于其自身的特点，在树脂中极易团聚，如果发生团聚现象，不仅无法发挥出自身的优良性能，反而会在复合材料中形成缺陷，影响复合材料整体性能的发挥。因此解决团聚问题是目前的当务之急，由于纳米二氧化硅表面存在羟基，其表面活性较高，因此可以利用其表面的羟基官能团对纳米二氧化硅进行改性，从而达到减少团聚出现的目的。

综上所述，本发明提出一种高含量纳米二氧化硅改性的聚氨酯丙烯酸酯紫外光固化涂料的制备方法，该发明通过利用纳米二氧化硅表面的活性羟基对其多次化学改性，进而聚合反应制备得到一种高含量纳米二氧化硅改性的聚氨酯丙烯酸酯紫外光固化涂料，该涂料的力学和机械性能均有所提升。

发明内容

本发明旨在解决上述问题，提供一种高含量纳米二氧化硅改性的聚氨酯丙烯酸酯紫外光固化涂料的制备方法，本发明的目的是通过如下技术方案实现的：

本发明所要解决的技术问题是提供一种高含量纳米二氧化硅改性的聚氨酯丙烯酸酯紫外光固化涂料的制备方法，所以包括以下步骤：

（1）将8~20重量份的纳米二氧化硅通过超声均匀分散于有机溶剂中，将分散均匀的悬浮液置于反应器中待用，将体系均匀升温至60~80 ℃，同时缓慢滴加100~150重量份的二异氰酸酯和2~5重量份的催化剂，滴加完成后反应2~5 h，将体系温度均匀降至50~60 ℃时，缓慢滴加150~200重量份的羟基官能化丙烯酸酯，反应24~48 h后自然冷却至室温，得到一次改性纳米二氧化硅；

（2）将步骤（1）中得到的一次改性纳米二氧化硅用有机溶剂洗涤3~5次后置于反应器中待用，加入10~30重量份的硅烷偶联剂在100~150 ℃的条件下反应12~24 h后自然冷却至室温，得到二次改性纳米二氧化硅；

（3）将步骤（2）中得到的二次改性的纳米二氧化硅用有机溶剂洗涤3~5次后再用去离子水洗涤3~5次，将其置于30~50℃的真空烘箱中干燥12~24 h，取出后充分研磨，最终得到改性纳米二氧化硅；

（4）将90~110重量份的二异氰酸酯，250~500重量份的多元醇，2~5重量份的催化剂和350~500重量份的有机溶剂置于反应器中，将体系均匀升温至50~80 ℃，反应6~12 h，得到以异氰酸酯封端的聚氨酯预聚物；