CN101798453B - 水性功能化聚氨酯弹性乳液的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及聚氨酯乳液合成技术，旨在提供一种水性功能化聚氨酯弹性乳液的制备方法。该方法，包括步骤：在搅拌下将钛酸丁酯与无水乙醇的混合液，缓慢加入到酸性水溶液中，获得水合钛离子溶液；在搅拌及加温条件下将水合钛离子溶液缓慢加入到新制备的水性聚氨酯分散体中，反应一段时间后，获得纳米二氧化钛粒子原位改性的水性聚氨酯分散体；将其与硅丙乳液按一定比例进行复配，均匀搅拌后获得水性功能化聚氨酯弹性乳液。本发明解决了纳米粉体改性存在的易团聚、难分散的问题，同时赋予了聚氨酯(涂料)更高的强度和耐候性。此外，通过在聚氨酯分散体中引入适量的硅丙乳液可进一步增强耐水、抗黄变等性能。
Description
技术领域
本发明涉及聚氨酯乳液合成技术，特别是一种水性功能化聚氨酯弹性乳液的制备方法。
背景技术
水性聚氨酯涂料毒性小、不易燃烧、不污染环境、节能、安全，能同时将聚氨酯涂料硬度高、附着力强、耐磨性、柔韧性好等优点与水性涂料的低VOC相结合，已成为发展最快的涂料品种之一，在皮革、家具、建筑墙面等领域得到了广泛应用。水性聚氨酯乳液是聚氨酯涂料制备的核心原料，目前水性聚氨酯乳液成本较高、功能单一，存在耐水性差、易黄变的问题。目前，利用纳米技术提升改造传统产业日益受到人们的重视，例如在涂料领域，研究人员通过采用氧化硅、氧化钛、碳酸钙、氧化锌等无机纳米粒子改性涂料，赋予了涂料优异的性能和功能，为开发新型涂料开辟了一条新的途径。然而，无机纳米粒子具有较高的活性，易于团聚，难以长期稳定分散，这已成为纳米改性合成亟需解决的问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，提供一种水性功能化聚氨酯弹性乳液的制备方法。
为解决该技术问题，本发明提供的水性功能化聚氨酯弹性乳液的制备方法，包括如下步骤：
(1)在750r/min的搅拌速率条件下，将钛酸丁酯与无水乙醇的混合液，缓慢加入到酸性水溶液中，获得水合钛离子溶液；
(2)在500r/min的搅拌速率及一定温度条件下，将上述水合钛离子溶液缓慢加入到新制备的水性聚氨酯分散体中，反应一段时间后，获得纳米二氧化钛粒子原位改性的水性聚氨酯分散体；
(3)将纳米二氧化钛粒子原位改性的水性聚氨酯分散体与硅丙乳液按一定比例进行复配，均匀搅拌后获得水性功能化聚氨酯弹性乳液；
步骤(1)中，钛酸丁酯与无水乙醇的质量比为1∶0.5～1∶2；酸性水溶液的pH值控制在5～6.5；钛酸丁酯与水的质量比为1∶6～1∶10；
步骤(2)中，反应温度控制在30～60℃；反应时间为1～12h；水合钛离子溶液与水性聚氨酯分散体质量比为3∶1～8∶1；
步骤(3)中，纳米二氧化钛粒子原位改性的水性聚氨酯分散体聚氨酯分散体与硅丙乳液的质量比为1∶1～9∶1。
本发明中，所述水性聚氨酯分散体采用传统的丙酮法制备，其过程如下：
将异氰酸酯与聚醚二元醇E220在50℃下反应2h，然后升温至75℃，并加入扩链剂二乙烯三胺或二羟甲基丙酸进行扩链；再加入三羟甲基丙烷反应，反应过程中加入丙酮调节粘度；反应2h后，用三乙胺调节pH值至7；接着在反应产物中加入纯净水，经搅拌乳化，脱除丙酮，最终获得水性聚氨酯分散体。
本发明中，所述酸性水溶液是采用硫酸、盐酸或硝酸其中一种或几种的组合，并调节其水溶液使pH值符合要求。
与现有制备技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明在新制备的聚氨酯分散体中引入水合钛离子，利用溶胶-凝胶反应控制技术，使它们附聚在乳液粒子表面，形成相应的定向排列结构，直接在乳液粒子的表面原位合成结晶态的二氧化钛纳米粒子，从而解决了纳米粉体改性存在的易团聚、难分散的问题，同时赋予了聚氨酯(涂料)更高的强度和耐候性。而现有的溶胶-凝胶方法在低于100℃进行包覆所获得的纳米包覆层并不具有晶体结构，导致功能难以充分发挥。此外，通过在聚氨酯分散体中引入适量的硅丙乳液可进一步增强耐水、抗黄变等性能。
具体实施方式
以下通过实例进一步对本发明进行描述。
本发明中，首先采用传统的丙酮法制备水性聚氨酯分散体，其过程如下：
将异氰酸酯与聚醚二元醇E220在50℃下反应2h，然后升温至75℃，并加入二乙烯三胺、二羟甲基丙酸等扩链剂进行扩链；再加入三羟甲基丙烷反应，反应过程中加入丙酮调节粘度；反应2h后，用三乙胺调节pH值至7左右；接着在反应产物中加入纯净水，经搅拌乳化，脱除丙酮，最终获得水性聚氨酯分散体。
水性功能化聚氨酯弹性乳液的制备方法包括如下几个步骤：
(1)在750r/min的搅拌速率条件下，将钛酸丁酯与无水乙醇的混合液，缓慢加入到酸性水溶液中，获得水合钛离子溶液；
(2)在500r/min的搅拌速率及一定温度条件下，将上述水合钛离子溶液缓慢加入到新制备的水性聚氨酯分散体中，反应一段时间后，获得纳米二氧化钛粒子原位改性的水性聚氨酯分散体；
(3)将纳米二氧化钛粒子原位改性的水性聚氨酯分散体与硅丙乳液按一定比例进行复配，均匀搅拌后获得水性功能化聚氨酯弹性乳液。
本发明中，各实施例中的试验数据见下表：
最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本发明的具体实施例子。显然，本发明不限于以上实施例子，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。
Claims (3)
1.一种水性功能化聚氨酯弹性乳液的制备方法，包括如下步骤：
(1)在750r/min的搅拌速率条件下，将钛酸丁酯与无水乙醇的混合液，缓慢加入到酸性水溶液中，获得水合钛离子溶液；
(2)在500r/min的搅拌速率及一定温度条件下，将上述水合钛离子溶液缓慢加入到新制备的水性聚氨酯分散体中，反应一段时间后，获得纳米二氧化钛粒子原位改性的水性聚氨酯分散体；
(3)将纳米二氧化钛粒子原位改性的水性聚氨酯分散体与硅丙乳液按一定比例进行复配，均匀搅拌后获得水性功能化聚氨酯弹性乳液；
步骤(1)中，钛酸丁酯与无水乙醇的质量比为1∶0.5～1∶2；酸性水溶液的pH值控制在5～6.5；钛酸丁酯与水的质量比为1∶6～1∶10；
步骤(2)中，反应温度控制在30～60℃；反应时间为1～12h；水合钛离子溶液与水性聚氨酯分散体质量比为3∶1～8∶1；
步骤(3)中，纳米二氧化钛粒子原位改性的水性聚氨酯分散体与硅丙乳液的质量比为1∶1～9∶1。
2.根据权利要求1所述水性功能化聚氨酯弹性乳液的制备方法，其特征在于，所述水性聚氨酯分散体采用传统的丙酮法制备，其过程如下：
将异氰酸酯与聚醚二元醇E220在50℃下反应2h，然后升温至75℃，并加入扩链剂二乙烯三胺或二羟甲基丙酸进行扩链；再加入三羟甲基丙烷反应，反应过程中加入丙酮调节粘度；反应2h后，用三乙胺调节pH值至7；接着在反应产物中加入纯净水，经搅拌乳化，脱除丙酮，最终获得水性聚氨酯分散体。
3.根据权利要求1所述水性功能化聚氨酯弹性乳液的制备方法，其特征在于，所述酸性水溶液是采用硫酸、盐酸或硝酸其中一种或几种的组合，并调节其水溶液使pH值符合要求。
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