[发明专利]硅氧烷和纳米二氧化硅双重改性的紫外光固化水性聚氨酯分散体的制备方法

摘要

硅氧烷和纳米二氧化硅双重改性的紫外光固化水性聚氨酯分散体的制备方法，属于紫外光固化水性涂料技术领域。本发明先合成双羟基硅氧烷；将其与二异氰酸酯类化合物、聚醚多元醇、多羟基羧酸、含羟基的不饱和双键丙烯酸酯单体，通过丙酮法制备有机硅氧烷改性聚氨酯预聚体；然后加入胺类化合物、水进行成盐及乳化，同时在以上过程中加入纳米二氧化硅制备硅氧烷和纳米二氧化硅双重改性紫外光固化水性聚氨酯分散体。本发明通过有机硅氧烷改性聚氨酯，可有效增强聚氨酯与纳米二氧化硅的相互作用，解决纳米二氧化硅在聚氨酯分散体中容易团聚、相容性差等问题。该分散体在高划伤、耐磨的木器、金属、塑胶等表面涂层领域有很好的应用前景。

主权项

一种有机硅氧烷和纳米二氧化硅双重改性的紫外光固化水性聚氨酯分散体的制备方法，其特征在于该分散体组分为：聚醚多元醇低聚物               25‑40wt%， 双羟基硅氧烷                    5‑15wt%，二异氰酸酯类化合物             30‑40wt%，多羟基羧酸                      3‑6wt%，含羟基的不饱和双键丙烯酸酯单体  4‑8wt%，胺类化合物                      3‑6wt%，纳米二氧化硅                    4‑15wt%；少量的阻聚剂、催化剂、稀释剂丙酮和光引发剂的量不包括在其中；制备步骤为：（1）双羟基硅氧烷的合成：在冰浴下，按配比在有机硅氧烷和阻聚剂的混合液中，缓慢滴加含有含羟基的不饱和双键丙烯酸酯单体，滴加完毕后控制温度在40℃反应6小时，反应结束后产物用正己烷萃取得到淡黄色液体，即为所需双羟基硅氧烷；所述的配比为含羟基的不饱和双键丙烯酸酯单体:有机硅氧烷的摩尔比为2:1；所用的有机硅氧烷为氨基硅烷偶联剂KH550；所述的阻聚剂选用对苯二甲酚、对羟基苯甲酚、对甲氧基苯酚、叔丁基邻苯二酚或2,6‑二叔丁基‑4‑甲基苯酚，其用量为含羟基的不饱和丙烯酸酯单体质量的0.1%‑0.2%；（2）紫外光固化有机硅氧烷改性聚氨酯预聚体的合成：按所述分散体组分的配比在二异氰酸酯类化合物中，滴加聚醚多元醇低聚物，以及合成的双羟基硅氧烷和催化剂，滴加完毕后在40~50℃反应1‑2小时，然后逐渐升温至60℃使得二异氰酸酯类化合物的异氰酸酯基‑NCO含量达到理论值，通过二正丁胺反滴定法测定，得到‑NCO封端的聚氨酯预聚体Ⅰ；所述的催化剂选用二丁基锡二月桂酸酯、辛酸亚锡或三乙胺，其用量为二异氰酸酯类化合物和聚醚多元醇低聚物质量之和的0.05%‑0.1%；在聚醚多元醇低聚物滴加完毕反应1h后再加入双羟基硅氧烷，以保证聚醚多元醇低聚物基本反应完全；把干燥好的多羟基羧酸粉末加入到聚氨酯预聚体Ⅰ中，在60‑70℃下反应，反应过程中加入适量的稀释剂丙酮调节反应体系的粘度，通过二正丁胺反滴定法测定反应程度，‑NCO达到理论值后得到含有亲水性基团的聚氨酯预聚体Ⅱ； 将含羟基的不饱和丙烯酸酯单体和酚类阻聚剂滴加到聚氨酯预聚体Ⅱ中，在70‑80℃反应2‑3小时，直至红外光谱检测‑NCO基团特征吸收峰完全消失即得有机硅氧烷改性的聚氨酯预聚体；所述的阻聚剂选用对苯二甲酚、对羟基苯甲酚、对甲氧基苯酚、叔丁基邻苯二酚或2,6‑二叔丁基‑4‑甲基苯酚，其用量为含羟基的不饱和丙烯酸酯单体质量的0.1%‑0.2%；（3）纳米二氧化硅改性水性聚氨酯分散体的合成及膜的制备：在有机硅氧烷改性的聚氨酯预聚体中按所述配比加入胺类化合物成盐反应，在40‑50℃反应1‑2小时；再加入去离子水，强烈搅拌乳化，在以上过程中加入纳米二氧化硅进行改性，水乳液固含量控制在15%，最后用旋转蒸发仪脱除丙酮得到有机硅氧烷和纳米二氧化硅双重改性的紫外光固化水性聚氨酯分散体；加入光引发剂，搅拌均匀后倾倒在聚四氟乙烯模具中先于40℃烘箱中干燥6小时，然后升高温度至60℃再烘1小时，再用紫外光照射2‑3min,得聚氨酯固化膜；所加的光引发剂为光引发剂2959，加入量控制为聚氨酯分散体中固含量的4%。