[发明专利]一种水性聚氨酯改性蒙脱土纳米复合乳液的制备

说明书

本发明公开了一种水性聚氨酯改性蒙脱土纳米复合乳液的制备，属于有机‑无机纳米复合乳液领域。本发明首先采用盐酸对蒙脱土进行酸解改性，盐酸的加入使有机胺磺酸盐改性剂更容易进入片层之间，接着加入阴离子改性剂有机胺磺酸盐，进一步有效打开蒙脱土层间距；阴离子改性剂中存在可反应的氨基，利用氨基与异氰酸酯反应，可进一步增强与水性聚氨酯基质的相互作用，制备水性聚氨酯/有机胺磺酸盐改性蒙脱土纳米复合乳液。本发明方法制备的纳米复合乳液具有较好的分散稳定性，同时无机纳米颗粒的引入使水性聚氨酯涂层的热、力学性能明显提高，蒙脱土片层结构又使得阻隔性能增强。该分散体可广泛应用于阻隔性能优异、耐高温的食品、医药包装等领域。

技术领域

本发明涉及一种水性聚氨酯改性蒙脱土纳米复合乳液的制备，属于有机-无机纳米复合乳液领域。

背景技术

与溶剂型PU相比，水性PU在合成过程中以水作为溶剂，减少了合成过程种有机溶剂的挥发和危险；使用时无毒，无污染、不燃烧、价廉，具有一般溶剂型PU的性能，是一种应用前景广泛的“绿色材料”。随着工业科技的进步，人们对材料的性能要求日益增加，对材料进行改性以改善其性能或增加特殊功能成为工业开发和研究的趋势。近年来，用无机纳米粒子比如纳米Si0₂、纳米Ti0₂、蒙脱土等对聚氨酯改性引起了工业和学术界的广泛关注。

蒙脱土是一种阳离子型的黏土，其基本结构单元是由一片铝氧八面体夹在两层硅氧四面体之间靠共用氧原子而形成的层状结构。正是这种特殊的结构使蒙脱土表面呈负电性、并且能够进行较强的阳离子交换等。但是由于蒙脱土片层表面强烈的亲水疏油性，不利于其在有机相中分散以及被有机相润湿，在制备聚合物蒙脱土纳米复合材料时，通常需要对蒙脱土进行有机改性。目的就在于降低表面能，使蒙脱土层间由亲水性变为亲油性，同时使其层间距增大，有利于高分子链或单体进入层间，从而制备出剥离形式的纳米复合材料。

在蒙脱土的改性过程中，最常用的的有机改性剂是阳离子改性剂、阴离子改性剂、聚合物单体和偶联剂等。相比于采用有机阳离子改性剂改性蒙脱土而言，用阴离子表面活性剂为改性剂的报道甚少。但是有机改性蒙脱土的相关性能主要与有机改性蒙脱土层间距大小、有机插层剂碳链的长短和性质有关，因此阴离子型有机蒙脱土也是改性蒙脱土中不可缺少的一种类型。在水介质中，阴离子通过离子交换及离子对层间带有负电荷的蒙脱土进行吸附，同时表面活性剂的碳氢键可以与蒙脱土层间非极性较强的质点发生范德华引力而吸附，此时蒙脱土层间负电荷密度由于吸附了负离子而增加，这样层间的斥力也相应增加，从而扩大了层间距。

目前已见报道的有陈海群等人用阴离子改性剂十二烷基磺酸钠改性蒙脱土，改性后的蒙脱土与水性聚氨酯基质之间只是通过分子间氢键作用达到相容的效果，其分散相容性及力学性能等还有待提高。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了水性聚氨酯改性蒙脱土纳米复合乳液的制备方法，采用的阴离子改性剂有机胺磺酸盐，存在可反应的氨基，与水性聚氨酯之间通过共价键作用，与分子链中无可反应的氨基的十二烷基磺酸钠作为改性剂相比，本发明的方法具有分散性好、高强度、低吸湿等优点。

本发明的第一个目的是提供一种水性聚氨酯改性蒙脱土纳米复合乳液的制备方法，包括：利用阴离子型改性剂有机胺磺酸盐改性蒙脱土，将改性蒙脱土加入聚氨酯预聚体中复合乳化，得到纳米复合乳液。

在一种实施方式中，所述阴离子型改性剂(有机胺磺酸盐)为以下任意一种或者多种：含氨基的醚链化合物、2-[(2-氨乙基)氨基]乙磺酸钠、二苯胺磺酸钠、乙二胺磺酸钠。

在一种实施方式中，利用有机胺类化合物改性蒙脱土，包括将阴离子型改性剂与酸化蒙脱土按照重量比1：(1-5)混合，水作溶剂，分散备用。

在一种实施方式中，所述的纳米复合乳液中蒙脱土的含量为水性聚氨酯用量的0.01wt％-40wt％。