[发明专利]水性聚氨酯丙烯酸酯/二氧化硅气凝胶复合膜及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种水性聚氨酯丙烯酸酯/二氧化硅气凝胶复合膜及其制备方法和应用，复合膜的制备方法包括：将乙醇与去离子水混合，加入二氧化硅气凝胶混合均匀，将制备好的水性聚氨酯丙烯酸酯乳液和光敏引发剂加入到体系中，搅拌，入模，干燥后经紫外光固化成气凝胶复合膜；本发明利用二氧化硅气凝胶极高的孔隙率和较低的导热系数等优势，制备出的水性聚氨酯丙烯酸酯/二氧化硅气凝胶复合膜的隔热性和耐热性得到显著提高，借助紫外光固化成膜，提高了成膜率和成品质量，降低了成本，能够在金属和塑料基材上实现水性涂料的粘结性、硬度和耐水性的现实意义；用于建筑外墙、铁基材和运输管道外层，为水性聚氨酯丙烯酸酯的应用拓宽渠道。

技术领域

本发明属于高分子材料技术领域，具体涉及一种水性聚氨酯丙烯酸酯/二氧化硅气凝胶复合膜及其制备方法和应用。

背景技术

水性聚氨酯因以水为溶剂大大降低了材料的成本，具有低挥发性有机物排放、较高的强度和较好的柔韧性，近年来迅速进入市场，并且在纺织业、涂料、胶粘剂等领域备受青睐。紫外(UV)光固化是近年来兴起的一种环保安全的技术，采用UV固化技术的水性涂料由于其环境安全、固化速度快、无溶剂配方、能耗低等优点而受到越来越多的关注。以紫外光对材料进行固化，不仅效率高、环保安全，还能在一定程度上增强聚氨酯材料的力学性能。在众多的UV光固化树脂体系中，水性聚氨酯丙烯酸酯体系因其综合性能优异，可以通过调节原料配比满足实际生产的各种需求，成为了研究最多的UV光固化体系。

专利CN105273603A公开一种建筑外立面涂料及其制备方法，其水性聚氨酯-丙烯酸酯复合乳液采用分开制备再共混的方式，为了达到隔热作用，利用硼酸改性和掺杂热反射颜料提高树脂的耐热性，隔热温差只有5-6.5℃，隔热效果不理想，通过上述两种方法改善水性聚氨酯-丙烯酸酯的热性能，制备周期长，工艺繁琐，成本高。Alireza Dourbash等(Preparation and characterization of polyurethane/silica aerogelnanocomposite materials[J].Journal of Applied Polymer Science,2016.)采用二氧化硅气凝胶和多元醇混合制备了性能优异的二氧化硅气凝胶/聚氨酯复合材料，耐热性和隔音性能较强，气凝胶的加入提高了聚氨酯材料的接触角，改善了其综合性能。

发明内容

针对现有技术中的不足，本发明的目的是提供一种水性聚氨酯丙烯酸酯/二氧化硅气凝胶复合膜及其制备方法和应用，通过掺杂二氧化硅气凝胶解决现有的水性聚氨酯材料隔热性和耐热性较差的问题。

为达到上述目的，本发明的解决方案是：

作为第一个方面，本发明提供了一种水性聚氨酯丙烯酸酯/二氧化硅气凝胶复合膜的制备方法，其包括如下步骤：

(1)、将二元醇和阴离子型亲水扩链剂分别脱水干燥，得到干燥的二元醇、干燥的阴离子型亲水扩链剂，备用；

(2)、将干燥的二元醇、二异氰酸酯和催化剂混合，在氮气氛围下反应，得到水性聚氨酯预聚体；

(3)、在水性聚氨酯预聚体中加入干燥的阴离子型亲水扩链剂进行反应，得到阴离子封端的异氰酸酯(-NCO)预聚物；

(4)、将阴离子封端的-NCO预聚物降温，加入丙烯酸酯类封端剂进行反应，得到丙烯酸封端的水性聚氨酯丙烯酸酯预聚体；

(5)、将丙烯酸封端的水性聚氨酯丙烯酸酯预聚体降温，加入中和剂进行中和反应，得到水性聚氨酯丙烯酸酯(WPUA)预聚物；

(6)、在WPUA预聚物中加入去离子水乳化后，得WPUA乳液；

(7)、在WPUA乳液中加入光敏引发剂和分散在乙醇-水体系中的二氧化硅气凝胶，搅拌均匀后，将混合物避光倒入模具中，经干燥和紫外光照射后，得到WPUA/二氧化硅气凝胶复合膜。