杂化材料的水性聚氨酯涂料的制作方法
【专利摘要】本发明属于水性聚氨酯涂料【技术领域】，公开了一种含聚醚多元醇/纳米TiO2杂化材料的水性聚氨酯涂料及其制备方法和应用。该涂料包含以下质量份的组分：25～75份聚醚多元醇/纳米二氧化钛杂化材料、15～65份二异氰酸酯、100份聚醚多元醇、8～16份多羟基羧酸、0.05～0.5份有机金属催化剂、0.5～10份交联剂、6.2～12.4份中和剂、1～8份扩链剂、0.2～2.0份消泡剂。本发明的涂料提高了纳米二氧化钛与聚氨酯基体的相容性，既具有良好的热学性能、力学性能、耐磨性，又具有优良的抗紫外线能力，可广泛应用于建筑涂料、汽车涂料、木器涂料、电沉积涂料、纸张处理涂料、玻璃纤维涂料、电泳漆等领域中。
【专利说明】含聚醚多元醇/纳米TiO2杂化材料的水性聚氨酯涂料
【技术领域】
[0001] 本发明属于水性聚氨酯涂料【技术领域】，特别涉及一种含聚醚多元醇/纳米TiO2杂 化材料的水性聚氨酯涂料及其制备方法和应用。
【背景技术】
[0002] 纳米二氧化钛具有颗粒尺寸小、比表面大、表面能高等特点，因而能表现出纳米粒 子特有的表面与界面效应、小尺寸效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等特殊性质。此 夕卜，纳米二氧化钛还具有吸收紫外光、杀菌、耐腐蚀、自清洁等优良性能。因此，将它引入聚 合物中可以大大提高材料的力学性能、耐老化性、抗紫外线和耐腐蚀性等性能，并能使其呈 现出光、电、声、磁、热力学等纳米效应，为制备多功能复合材料提供了新的途径。
[0003] 水性聚氨酯是以水为分散介质，聚氨酯溶解或分散于水中而形成的二元胶态体 系。水性聚氨酯具有优良的机械性能、耐溶剂、耐化学腐蚀、无毒、无臭味、无污染等优点，被 广泛用于纺织印染加工、皮革加工、建筑涂料、纸张涂层、木器涂料、粘合剂等领域。但单一 的水性聚氨酯耐高温、耐紫外线、耐水性较差，因而限制了它的推广应用。
[0004] 纳米粒子改性水性聚氨酯是水性聚氨酯改性中的一个新方向。将纳米二氧化钛用 于水性聚氨酯涂料中，不仅可使水性聚氨酯涂料具有优异的力学性能和热稳定性，而且还 可使涂料具有抗紫外线、抗菌和自洁能力。在纳米二氧化钛改性水性聚氨酯的制备中，纳米 粉体在聚氨酯中的分散性及无机纳米粒子与聚氨酯的相容性最为重要，分散性和相容性不 好会降低改性效果。通常采用分散剂、偶联剂或表面活性剂等处理纳米二氧化钛，并采用高 速搅拌和超声波分散来提高纳米粒子的分散效果。以上方法虽能在一定程度上减少纳米粒 子的团聚，但难以提高纳米二氧化钛与聚氨酯的相容性。
【发明内容】
[0005] 为了克服上述现有技术的缺点与不足，本发明的首要目的在于提供一种含聚醚多 元醇/纳米TiO 2杂化材料的水性聚氨酯涂料。
[0006] 本发明另一目的在于提供一种上述含聚醚多元醇/纳米TiO2杂化材料的水性聚 氨酯涂料的制备方法。
[0007] 本发明再一目的在于提供上述含聚醚多元醇/纳米TiO2杂化材料的水性聚氨酯 涂料在建筑、交通、家具、印刷、仪表仪器等领域中的应用。
[0008] 本发明的目的通过下述方案实现：
[0009] -种含聚醚多元醇/纳米TiO2杂化材料的水性聚氨酯涂料，包含以下质量份的组 分：25?75份聚醚多元醇/纳米二氧化钛杂化材料、15?65份二异氰酸酯、100份聚醚多 元醇、8?16份多羟基羧酸、0. 05?0. 5份有机金属催化剂、0. 5?10份交联剂、6. 2?12. 4 份中和剂、1?8份扩链剂、0. 2?2. 0份消泡剂。
[0010] 所述的聚醚多元醇/纳米二氧化钛杂化材料具有如下结构式所示结构：
[0011]
【权利要求】
1. 一种含聚醚多元醇/纳米Ti02杂化材料的水性聚氨酯涂料，其特征在于包含以下质 量份的组分：25?75份聚醚多元醇/纳米二氧化钛杂化材料、15?65份二异氰酸酯、100 份聚醚多元醇、8?16份多羟基羧酸、0. 05?0. 5份有机金属催化剂、0. 5?10份交联剂、 6. 2?12. 4份中和剂、1?8份扩链剂、0. 2?2. 0份消泡剂； 所述的聚醚多元醇/纳米二氧化钛杂化材料具有如下结构式所示结构：
、
中的至少一种；上述R 的结构式依次对应着分子量为200?10000的聚醚二元醇、聚醚三元醇、聚醚四元醇、聚醚 五兀醇、聚醚六兀醇，m= 3?172,n= 1?58,k= 1?43,p= 1?35,q= 1?29。
2. 根据权利要求1所述的含聚醚多元醇/纳米Ti02杂化材料的水性聚氨酯涂料，其 特征在于：所述的聚醚多元醇/纳米二氧化钛杂化材料由包含以下步骤的制备方法制备得 到： (1) 将异氰酸酯基硅烷偶联剂、聚醚多元醇、有机金属催化剂混合，搅拌反应，得到聚合 物A; (2) 将步骤（1)制备得到的聚合物A、纳米二氧化钛分散液、水、甲苯混合，搅拌反应，得 到聚醚多元醇/纳米二氧化钛杂化材料。
3. 根据权利要求2所述的含聚醚多元醇/纳米Ti02杂化材料的水性聚氨酯涂料，其 特征在于：步骤（1)中所用异氰酸酯基硅烷偶联剂和聚醚多元醇的质量比为10:40. 5? 10:146 ； 步骤（2)中所用聚合物A、纳米二氧化钛分散液和水的质量比为（12?50): (10? 30) : (1 ?4); 步骤（2)中所用甲苯与聚合物A的质量比为100:50?200:12。
4. 根据权利要求2所述的含聚醚多元醇/纳米Ti02杂化材料的水性聚氨酯涂料，其特 征在于：步骤（1)中所述的异氰酸酯基硅烷偶联剂选自3-异氰酸酯基丙基三甲氧基硅烷和 3_异氰酸酯基丙基三乙氧基硅烷中的至少一种； 步骤（1)中所述的聚醚多元醇选自分子量为200?10000的聚氧化丙烯醚多元醇、聚 四氢呋喃醚多元醇和四氢呋喃-氧化丙烯共聚多元醇中的至少一种； 步骤（1)中所述的有机金属催化剂选自辛酸亚锡、二丁基二月桂酸锡、辛酸铅和二醋 酸二正丁基锡中的至少一种。
5.根据权利要求2所述的含聚醚多元醇/纳米Ti02杂化材料的水性聚氨酯涂料，其特 征在于：步骤⑴中所述的搅拌反应为在50?80°C下搅拌反应4?6h ;步骤⑵所述的搅 拌反应为在60?70°C下搅拌反应6?8h。
6. 根据权利要求1所述的含聚醚多元醇/纳米Ti02杂化材料的水性聚氨酯涂料，其 特征在于：所述的二异氰酸酯选自甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷-4, 4' -二异氰酸酯、异佛 尔酮二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、对苯二异氰酸酯、苯二亚甲基二异氰酸酯、1，4-环 己烷二异氰酸酯和萘-1，5-二异氰酸酯中的至少一种；所述的聚醚多元醇选自分子量为 200?10000的聚氧化丙烯醚多元醇、聚四氢呋喃醚多元醇和四氢呋喃-氧化丙烯共聚多元 醇中的至少一种；所述的多羟基羧酸选自二羟甲基丙酸、二羟甲基丁酸和酒石酸中的至少 一种。
7.根据权利要求1所述的含聚醚多元醇/纳米Ti02杂化材料的水性聚氨酯涂料，其 特征在于：所述的有机金属催化剂选自辛酸亚锡、二丁基二月桂酸锡、辛酸铅和二醋酸二正 丁基锡中的至少一种；所述的交联剂为三羟甲基丙烷；所述的中和剂选自三乙胺、三甲胺、 N，N-二甲基乙醇胺、二乙醇胺和三乙醇胺中的至少一种；所述的扩链剂选自1，4-丁二醇、 乙二醇、丙二醇、己二醇、环己二醇、对苯二甲酸二羟乙酯和三羟甲基丙烷单烯丙基醚中的 至少一种；所述消泡剂选自有机硅类消泡剂、矿物油类消泡剂和有机极性化合物类消泡剂 中的一种。
8. 根据权利要求1所述的含聚醚多元醇/纳米Ti02杂化材料的水性聚氨酯涂料，其特 征在于：所述的二异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯或二苯基甲烷-4, 4'-二异氰酸酯；所述的聚 醚多元醇为聚氧化丙烯醚三元醇。
9. 一种根据权利要求1?8任一项所述的含聚醚多元醇/纳米Ti02杂化材料的水性 聚氨酯涂料的制备方法，其特征在于包含如下步骤： 取25?75质量份聚醚多元醇/纳米二氧化钛杂化材料、15?65质量份二异氰酸酯、100质量份聚醚多元醇、〇.05?0. 5质量份有机金属催化剂，搅拌反应，加入8?16质量份 多羟基羧酸和〇.5?10质量份交联剂，继续反应，用丙酮降粘，得到预聚物；冷却至室温，力口 入6.2?12. 4质量份中和剂中和成盐，加水剧烈搅拌乳化，乳化后加入1?8质量份扩链 剂、0. 2?2. 0质量份消泡剂，搅拌分散，减压除去丙酮，得到含聚醚多元醇/纳米Ti02杂化 材料的水性聚氨酯涂料。
10. 根据权利要求1?8任一项所述的含聚醚多元醇/纳米Ti02杂化材料的水性聚氨 酯涂料在建筑、交通、家具、印刷、仪表仪器领域中的应用。
【文档编号】C09D7/12GK104403548SQ201410833840
【公开日】2015年3月11日 申请日期:2014年12月29日 优先权日:2014年12月29日
【发明者】刘伟区, 夏侯国论 申请人:中科院广州化学有限公司