CN106977683A - 无溶剂型聚氨酯纳米TiO2复合膜及其制备方法 - Google Patents

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郭旭
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Abstract

本发明涉及无溶剂型聚氨酯纳米TiO2复合膜及其制备方法，取聚乙二醇和TiO2纳米粒子加热搅拌，用超声或乳化分散均匀，冷却至室温后加入甲苯二异氰酸酯，高速搅拌均匀；将复合乳液涂布于固定在水平板的离型纸上；取下离型纸，烘箱中烘干成膜。本发明代替了传统有机溶剂生产工艺和水性生产工艺，杜绝生产过程中使用的大量有机溶剂的挥发造成严重的生态环境污染问题；通过对纳米TiO2进行改性使其具有中空结构，透水汽和透气性能显著提升。

Description

无溶剂型聚氨酯纳米TiO2复合膜及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种聚氨酯膜的生产工艺，具体涉及一种无溶剂型聚氨酯纳米TiO2复合膜及其制备方法。
背景技术
传统的溶剂型聚氨酯膜生产工艺，其生产过程中使用的大量有机溶剂的挥发造成严重的生态环境污染，且具有聚氨酯自增稠性差、固含量低、耐高温性能不佳、耐水性差且成本较高等缺陷。
发明内容
本发明的目的是提供一种无溶剂型聚氨酯纳米TiO2复合膜及其制备方法，克服现有聚氨酯/纳米复合膜制备技术缺陷，并更大程度地提高成膜的透水汽和透气性能。
本发明所采用的技术方案为：
无溶剂型聚氨酯纳米TiO2复合膜的制备方法，其特征在于：
由单体聚合法制备无溶剂纳米TiO2复合聚氨酯膜，具体包括以下步骤：
称取5质量份的聚乙二醇和4~8质量份的TiO2纳米粒子加入到装有搅拌装置和回流冷凝装置的三口烧瓶中，40℃~65℃下加热搅拌1h~1.5h，用超声波细胞粉碎机超声分散或乳化机乳化分散5min~15min，使纳米粒子均匀分散；
待复合乳液冷却至室温，加入3质量份的甲苯二异氰酸酯，高速搅拌均匀；
将复合乳液涂布于固定在水平板的离型纸上；
取下离型纸，在100℃~110℃的烘箱中烘干成膜。
TiO2纳米粒子为中空介孔结构的锐钛矿型纳米TiO2。
如所述的制备方法制得的无溶剂型聚氨酯纳米TiO2复合膜。
本发明具有以下优点：
本发明代替了传统有机溶剂生产工艺和水性生产工艺，杜绝生产过程中使用的大量有机溶剂的挥发造成严重的生态环境污染问题，解决合成革工业的环境污染和产品安全问题，杜绝污染源的产生，实现从生产到使用整个流程绿色环保，克服了生产效率低、成本高等缺陷。
在此基础上，通过对纳米TiO2进行改性使其具有中空结构，高的反应活性以及纳米效应，然后将其引入聚氨酯（PU）中，制备出一种环保无溶剂聚氨酯纳米TiO2复合膜，与传统聚氨酯合成工艺比较复合膜的透水汽和透气性能显著提升，聚氨酯/纳米TiO2复合膜透水汽性提升20.27%，透气性提升56.46%。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进行详细的说明。
无溶剂聚氨酯合成革制造技术依据的基本原理为快速反应注射成型（RM），这种工艺采用的原料不是聚合物，而是将2种或2种以上的液态聚氨酯预聚物，以一定的比例分别输送到混合头，在加压下混合均匀，并立即注射在基材上，通过刮涂的方式涂布成膜，然后进入烘道，此时液态预聚物之间的反应迅速进行，聚合物分子质量急剧增加，以极快的速度生成含有新的特性基团结构的聚氨酯，直到完成最后的熟化成型。
纳米TiO2具有良好的光学性质，在汽车工业及诸多领域都显示出美好的发展前景。纳米TiO2具有很高的化学稳定性、热稳定性、无毒性、超亲水性、非迁移性，所以被广泛应用于抗紫外材料、纺织、光催化触媒、自洁玻璃、防晒霜、涂料、油墨、食品包装材料、造纸工业、航天工业中、锂电池中。近年来纳米TiO2材料已被广泛的研究，并将其与有机物结合形成有机无机纳米复合膜，其兼具了无机物与有机聚合物的优点，充分发挥无机物分子优异的力学性能、热稳定等特性。
目前有很多科研人员研究合成具有高比表面积和均一孔径的中空纳米TiO2微球，并将它们用于很多领域，它们的优异性能得到更好的体现。在聚氨酯的改性中，将经硅烷偶联剂APS表面改性的TiO2纳米粒子作为一种添加剂分散到在聚氨酯清漆层中，实验发现表面处理过的TiO2纳米粒子在树脂中的分散性大大提高，而且掺杂了改性后TiO2纳米粒子的聚氨酯，其力学性能和防紫外线性能都得到很大改善。我们在此基础上通过对TiO2形貌的研究发现，制备中空结构的TiO2，由于其有较大的空隙与更大的比表面积，很大程度上为聚氨酯提供了水汽传输的通道，大大的改善了聚氨酯膜的透水汽性能。
本发明涉及的无溶剂型聚氨酯纳米TiO2复合膜，由单体聚合法制备，具体包括以下步骤：
称取5质量份的聚乙二醇（PEG）和4~8质量份的TiO2纳米粒子加入到装有搅拌装置和回流冷凝装置的三口烧瓶中，40℃~65℃下加热搅拌1h~1.5h，用超声波细胞粉碎机超声分散或乳化机乳化分散5min~15min，使纳米粒子均匀分散；
待复合乳液冷却至室温，加入3质量份的甲苯二异氰酸酯（TDI），高速搅拌均匀；
将复合乳液涂布于固定在水平板的离型纸上；
取下离型纸，在100℃~110℃的烘箱中烘干成膜。
TiO2纳米粒子为中空介孔结构的锐钛矿型纳米TiO2。
称取5质量份的聚乙二醇（PEG）和5质量份的TiO2加入到装有搅拌装置和回流冷凝装置的三口烧瓶中，45℃下加热搅拌65min，用超声波细胞粉碎机超声分散或乳化机乳化分散10min，使TiO2纳米粒子均匀分散。待复合乳液冷却至室温，加入3质量份的甲苯二异氰酸酯（TDI），高速搅拌均匀。将复合乳液涂布于固定在水平板的离型纸上。取下离型纸，在105℃的烘箱中烘干成膜。
实例2
称取5质量份的聚乙二醇（PEG）和6质量份的TiO2加入到装有搅拌装置和回流冷凝装置的三口烧瓶中，50℃下加热搅拌70min，用超声波细胞粉碎机超声分散或乳化机乳化分散15min，使TiO2纳米粒子均匀分散。待复合乳液冷却至室温，加入3质量份的甲苯二异氰酸酯（TDI），高速搅拌均匀。将复合乳液涂布于固定在水平板的离型纸上。取下离型纸，在110℃的烘箱中烘干成膜。
实例3
称取5质量份的聚乙二醇（PEG）和7质量份的TiO2分别加入到装有搅拌装置和回流冷凝装置的三口烧瓶中，55℃下加热搅拌75min，用超声波细胞粉碎机超声分散或乳化机乳化分散15min，使TiO2纳米粒子均匀分散。待复合乳液冷却至室温，加入3质量份的甲苯二异氰酸酯（TDI），高速搅拌均匀。将复合乳液涂布于固定在水平板的离型纸上。取下离型纸，在110℃的烘箱中烘干成膜。
本发明涉及的技术发难与传统聚氨酯合成工艺比较，透水汽和透气性能显著提升，聚氨酯/纳米TiO2复合膜透水汽性提升20.27%，透气性提升56.46%。
本发明的内容不限于实施例所列举，本领域普通技术人员通过阅读本发明说明书而对本发明技术方案采取的任何等效的变换，均为本发明的权利要求所涵盖。

Claims (3)

1.无溶剂型聚氨酯纳米TiO2复合膜的制备方法，其特征在于：
由单体聚合法制备无溶剂纳米TiO2复合聚氨酯膜，具体包括以下步骤：
称取5质量份的聚乙二醇和4~8质量份的TiO2纳米粒子加入到装有搅拌装置和回流冷凝装置的三口烧瓶中，40℃~65℃下加热搅拌1h~1.5h，用超声波细胞粉碎机超声分散或乳化机乳化分散5min~15min，使纳米粒子均匀分散；
待复合乳液冷却至室温，加入3质量份的甲苯二异氰酸酯，高速搅拌均匀；
将复合乳液涂布于固定在水平板的离型纸上；
取下离型纸，在100℃~110℃的烘箱中烘干成膜。
2.根据权利要求1所述的无溶剂型聚氨酯纳米TiO2复合膜的制备方法，其特征在于：
TiO2纳米粒子为中空介孔结构的锐钛矿型纳米TiO2。
3.如权利要求1所述的制备方法制得的无溶剂型聚氨酯纳米TiO2复合膜。
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