水性聚氨酯脲/改性纳米CaCO₃有机-无机杂化材料的制备方法

摘要

本发明涉及水性聚氨酯脲(PUU)/硅溶胶改性纳米CaCO3杂化水分散液的制备方法。其制备特点在于，以粒径10~100nm的硅溶胶改性纳米CaCO3水分散液代替部分水，采用原位法直接对聚氨酯脲预聚体进行分散，从而得到高固含量(25-30％)的有机-无机杂化材料。该杂化材料在室温时具有很好的稳定性，且高固含量使其具有节能等优点。这类杂化材料成膜后对各类基材具有优异的附着力；此外，涂膜的硬度高，力学强度好，并具有优异的耐水、耐溶剂、耐磨等特性，在涂料领域有广泛用途。

主权项

水性聚氨酯脲与改性纳米CaCO3有机-无机杂化材料的制备方法，其特征是首先制备含羧基和不同种类多异氰酸酯及高分子量多元醇的水性聚氨酯预聚体，用中和剂中和成盐后，在先不加水分散的条件下，加入硅溶胶改性纳米CaCO3水分散液进行预分散，最后再加入水进一步完全分散，经扩链剂扩链后即得到水性聚氨酯脲/改性纳米CaCO3有机-无机杂化材料；所制得的水性聚氨酯脲与改性纳米CaCO3有机-无机杂化材料的固含量为8％～80％；水性聚氨酯预聚体的制备，通过多异氰酸酯、多元醇和小分子扩链剂同时加入的一步聚合反应获得，或通过多异氰酸酯与高分子量多元醇在催化剂存在下先形成预聚体，再用小分子扩链剂扩链的分步聚合法来实现；水性聚氨酯预聚体的制备反应温度在30-110℃之间；其中所选用的多异氰酸酯是脂肪族多异氰酸酯：异佛尔酮二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯；以及芳香族二异氰酸酯：甲苯二异氰酸酯、4，4’-二苯基甲烷二异氰酸酯；所用的高分子量多元醇为聚酯多元醇，聚酯多元醇为聚己二酸新戊二醇酯、聚碳酸酯，或聚醚多元醇：聚氧化丙烯二元醇、聚环氧乙烷或聚四氢呋喃，聚酯多元醇的分子量为350～20,000；其中多异氰酸酯的用量为多元醇用量摩尔比的1.1～3.5；制备含羧基的水性聚氨酯预聚体时所用的含羧基单体，为含羧基的多元醇和羧基化的多异氰酸酯，或是含有羧基的小分子二元醇扩链剂：二羟甲基丙酸；其中含羧基单体的用量为高分子量多元醇用量摩尔比的0.1～5；含有羧基的水性聚氨酯预聚体所用的中和剂为烷基胺类、吡啶类、吡咯类及它们的混合物，其用量为含羧基单体用量摩尔比的0.1～2.5；制备水性聚氨酯脲与改性纳米CaCO3有机-无机杂化材料过程中所用的小分子扩链剂是小分子多元醇：乙二醇、1，4-丁二醇，或是小分子多元胺类：乙二胺和己二胺，或者是肼类：水合肼及它们的混合物，其用量为多异氰酸酯用量摩尔比的0.01～2.5；所述制备过程中所用的改性纳米CaCO3水分散液是一种通过原位法制备的纳米CaCO3水分散液，粒径为10～100nm，其中改性纳米CaCO3含量为1-80％；其中改性纳米CaCO3的质量占水性聚氨酯脲的1～50％。