[发明专利]一种苯乙烯-聚氨酯纳米分散液及其制备方法和应用

说明书

本发明提供一种含硅的苯乙烯‑聚氨酯纳米分散液及其制备方法，该分散液由含硅的苯乙烯‑聚氨酯纳米胶粒和水组成。所述苯乙烯‑聚氨酯纳米分散液可在水泥浆体中稳定存在法，增加水泥基材料的抗折强度的同时基本不影响混凝土强度，且其对氯离子渗透性也有改善作用；另外，相对于传统乳液，其引气性极低，对于水泥高碱高盐的溶液环境适应性好。

技术领域

本发明提供一种含硅的苯乙烯-聚氨酯纳米分散液及其制备方法，属于建材科技领域。

背景技术

水泥基材料的脆性一直是其性能的一大短板，引入聚合物基的柔性材料是解决水泥基材料脆性问题，增强其韧性的重要途径。近年来，水性聚氨酯材料在水泥增韧方面的应用备受关注，相比于传统聚合物乳液，水性聚氨酯具有粒径小、掺量低、效果好的优势。将聚氨酯和聚合物材料进行复合，可以进一步提升其性能，其中，与苯乙烯进行复合是聚氨酯复合材料的重要研究方向。

目前关于苯乙烯-聚氨酯复合材料虽然已有较多相关专利报道。但是这些专利中，苯乙烯与聚氨酯材料的复合工艺要应用在水泥基材料中仍有局限性。

例如CN201410596762.2、CN201210085134.9、CN201410246512.6、CN201710177670.4和PCT/US2015/057800、US15500821等国内外专利以(甲基)丙烯酸羟基酯来引入双键，进而实现聚氨酯与苯乙烯链之间的共价键连结。而在高碱的水泥环境中甲基丙烯酸酯易降解导致材料被破坏。

CN201280077159.2则通过引入光敏性引发剂基团来接入苯乙烯链，但光敏性试剂的成本较高；同样地，CN201510575632.5、CN201510559628.X等专利报道的使用活性自由基聚合来引入苯乙烯基团的制备方法也面临成本问题。

此外，许多水性聚氨酯材料的亲水部是双羟甲基丙酸等带电荷组分，在高碱高盐的水泥环境中容易造成材料的絮凝与水泥的引气，进而严重影响材料的应用。

发明内容

基于以上背景，本发明提供一种苯乙烯-聚氨酯纳米分散液及其制备方法和应用，所述苯乙烯-聚氨酯纳米分散液可在水泥浆体中稳定存在法，增加水泥基材料的抗折强度的同时基本不影响混凝土强度，且其对氯离子渗透性也有改善作用；另外，相对于传统乳液，其引气性极低，对于水泥高碱高盐的溶液环境适应性好。

本发明所述的苯乙烯-聚氨酯纳米分散液其组成包括含硅的苯乙烯-聚氨酯纳米胶粒(以下简称纳米胶粒)和水，上述组分占纳米分散液总质量的百分比分别为15-25％和75-85％。

所述纳米胶粒无需外加乳化剂的存在，即可稳定分散于水中，其粒径小于100nm；

所述纳米胶粒的制备过程中，其使用含醚型双键的聚乙二醇c，既作为聚氨酯的封端剂，又作为乳液聚合中的内乳化剂和自由基聚合位点；同时还是用了含硅单体。

本发明的关键在于，使用醚型双键的抗水解性，保证了封端化学键在碱性条件下的稳定性；且该分散液的稳定性来源于聚乙二醇的空间位阻效应，不受静电或离子交换作用的影响，又进一步使得其难以被水泥孔溶液中离子电中和聚沉或被水泥颗粒吸附失稳。因此该特性避免了其像离子性内乳化剂那样在水泥环境中引起絮沉和引气问题；同时将封端剂和内乳化剂合二为一减少了试剂种类，缩短了工艺流程，有利于实际生产。在经济性上，端双键型聚乙二醇在水泥外加剂合成中已得到广泛应用，原料成本相对低廉，供应充足。

所述含醚型双键的聚乙二醇c为该纳米分散液中聚合物种结构3的前体，满足如下结构式：

式中，R₅为氢原子或甲基，R₆为亚甲基(-CH₂-)或亚乙基(-CH₂CH₂-)，p1的值在10-45的范围内；