[发明专利]水分散蒙脱土/有机硅嵌段聚氨酯纳米复合材料的制备方法及用途

说明书

技术领域

本发明涉及一种水分散蒙脱土/有机硅嵌段聚氨酯纳米复合材料的制备方法及用途。

背景技术

聚合物/黏土纳米复合材料是以特殊技术制得的纳米级(至少有一维尺寸小100nm)黏土分散于聚合物基体(连续相)中形成的复合材料。当其中黏土组分含量为1％～10％时，由于纳米材料极大的比表面积而产生的一系列效应，使它们具有较常规聚合物/填料复合材料无法比拟的优点，如机械强度高、耐热性、耐水性好。单组分自乳化水性聚氨酯具有水分散液稳定性好、无毒、环境友好、粘接性好、耐磨性好、低温柔顺性好及力学强度高的优点。但由于聚氨酯分子链中存在诸如羧基、磺酸基、氨基、氧化乙烯醚基等自乳化基团，使其耐水性较差。因此，如何提高其耐水性，已经成为亟待解决的问题。目前采用的方法主要有：单组分主要采用封闭聚氨酯加热解封游离出异氰酸酯基与亲水羧基、氨基、脲基、氨基甲酸酯基等反应，使亲水羧基、氨基变为疏水交联结构；采用双组分方法，在成膜后加热添加的第二组分(如环氧基硅烷偶联剂、水性环氧树脂、水性脲醛和三聚氰氨等)在加热下能与亲水基团反应生成不溶于水的基团，提高其耐水性。但这些方法一般均需加热，工艺繁琐，操作麻烦。有机硅具有表面能低、疏水性好、耐高低温及柔润性好等特点，采用有机硅改性水性聚氨酯，以改善其涂膜的耐水性已有诸多文献报道。如采用羟基硅油乳液与水性聚氨酯乳液物理共混方法，因羟基硅油与聚氨酯相容性差，会出现有机硅向表面迁移，导致相分离的现象，故改性效果并不理想；化学方法改性有采用端羟基聚硅氧烷、多元醇与异氰酸酯反应，或利用端羟基硅氧烷作扩链剂与预聚体中异氰酸酯基反应，但由于硅羟基(HO-Si)反应活性低、反应生成的Si-O-C基团其耐水解性差，得到的有机硅改性水性聚氨酯对提高聚氨酯薄膜的耐水性效果不佳，共聚物薄膜在水中浸泡很快发白、溶胀，直至溶解；同时，成膜物透明性也不好，影响其应用范围。此外，有报道采用氨基硅烷偶联剂改性水性聚氨酯。由于硅烷偶联剂分子量小，扩链后在分子中引入的硅氧烷链段较短，有机硅含量较低，改善聚氨酯涂膜疏水性的效果也不甚理想。

发明内容

本发明的目的是提供一种水分散蒙脱土/有机硅嵌段聚氨酯纳米复合材料的制备方法及用途。

包括如下步骤：

1)摩尔比为0.01～0.03的有机化的蒙脱土与多元醇在80～130℃下搅拌分散5～8小时，冷却至室温，多元醇是聚合物多元醇、蓖麻油与含阴离子多元醇的混合物，蓖麻油与聚合物多元醇的摩尔比为0.07～1.6，含阴离子的多元醇与聚合物多元醇和蓖麻油总量的摩尔比为0.5～2；

2)加入多异氰酸酯，在室温至140℃反应3～5小时，制备蒙脱土/端异氰酸酯基聚氨酯预聚体，多异氰酸酯与多元醇的摩尔比为1.1～2；

3)加入氨烃基聚硅氧烷与上述制得的聚氨酯预聚体，在室温至60℃进行扩链、嵌段共聚反应，扩链、嵌段共聚反应时间是1～2小时，氨烃基聚硅氧烷与多元醇的摩尔比为0.2～1；

4)加入碱性中和剂的水溶液，搅拌，进行中和、分散，搅拌速度为500～1500rp/min，中和、分散温度为室温至50℃，碱性中和剂的水溶液加入完毕后，继续分散1～1.5小时，制得pH值为5～8的水分散蒙脱土/有机硅嵌段聚氨酯纳米复合材料。

所述的聚合物多元醇是分子量为200～6000的聚酯或聚醚多元醇。

含阴离子多元醇是二羟甲基丙酸、二羟甲基丁酸、马来酸酐或丁二酸与多羟基化合物反应所得的半酯以及其它含阴离子多元醇，多羟基化合物是甘油、三羟基聚醚或三羟基聚酯。

有机化蒙脱土是烷基氨插层的有机化蒙脱土、烷基氨盐插层的有机化蒙脱土、含羟乙基氨盐插层的有机化蒙脱土或短烃链氨基酸插层的有机化蒙脱土。

多异氰酸酯化合物是芳香族异氰酸酯化合物或脂肪族异氰酸酯化合物，芳香族异氰酸酯化合物是甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、聚醚改性二苯基甲烷二异氰酸酯、掺混二苯基甲烷二异氰酸酯、多亚甲基多苯基多异氰酸酯中的一种或几种，脂肪族异氰酸酯化合物是1，6-己二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、苯二亚甲基二异氰酸酯中的一种或几种。

氨烃基硅氧烷的分子结构式为：

其中X是CH₃、OCH₃、OH、O-[Si(CH₃)₂-O]H，n＝0～10，m＝0～20。