一种自消光水性聚氨酯隔热保温树脂的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种自消光水性聚氨酯隔热保温树脂的制备方法，提出中空微球粒子刷的策略，将聚氨酯高分子链引入到中空微球表面，制得的水性聚氨酯接枝改性中空微球是一种单组分的中空微球粒子刷复合材料，稳定性好，具有优异的水分散性和成膜性，无需外加消光剂和隔热填料，克服了现有的水性聚氨酯自消光树脂的稳定差、易沉降；外加消光剂的水性聚氨酯消光树脂相容性差的缺陷。可以直接用于各种基材的涂层，具有优异的消光和遮盖性能，可以提高涂层的隔热保温性能；同时又可以作为遮盖性颜料、抗紫外添加剂和手感改性剂等，应用于隔热涂料、消光剂、粘合剂、整理剂、造纸、皮革等众多领域，大大扩展了聚氨酯材料的应用范围。

【技术实现步骤摘要】
一种自消光水性聚氨酯隔热保温树脂的制备方法
本专利技术属于材料
，特别涉及一种自消光水性聚氨酯隔热保温树脂的制备方法。
技术介绍
聚氨酯具有较高的机械强度和氧化稳定性、优良的耐油性、较高的柔曲性和回弹性等优异的性能，在胶粘剂、涂料、弹性体、泡沫和纤维等众多领域有广泛的应用前景。水性聚氨酯是一种分散于水中所形成的乳液，具有不燃、环境友好等优点。消光树脂一般指成膜后表面明显雾化、低光泽度的树脂，用于各种基材的涂覆，可降低涂层的光泽，消除涂层过于光亮而产生的塑料感。消光涂饰后的涂膜具有更柔和、自然、优雅的外观，广泛应用于皮革涂饰、纸张印刷、印染油墨、印花涂层、包装涂层等。现有的消光树脂主要通过外添加消光剂与自消光两种方式获得。传统的消光水性聚氨酯树脂是在聚氨酯分散体中加入消光剂，使消光剂在涂膜干燥后浮于涂膜表面产生微观的不平整，从而达到消光效果。这种外添加的消光剂主要为填充料、微蜡粉、无机二氧化硅等。外添加的消光剂会发生沉淀，使体系的稳定性下降，经常发生与搭配的树脂匹配性较差的问题，导致涂饰的表面出现泛白、灰暗、挂霜等现象，严重影响表面涂饰产品的外观质量。为了避免外添加消光剂所产生的不便与缺陷，人们逐渐研究开发研发自消光树脂。荆春贵、孙大庆等人在《热膨胀性中空微球皮革消光补伤剂的研制》一文中，用平均粒径20～60μm的热膨胀性中空微球作为有机消光填料，水性丙烯酸树脂和聚氨酯作为粘合剂，再加入其它助剂制备了皮革消光补伤剂，对伤残皮革有理想的补伤效果。由于中空微球中含有大量的空气，对光有折射和散射作用，因此有很好的消光效果。中空微球具有独特的结构以及完好的形貌外观，使得中空微球具有某些特殊的功能，如内部空间大、稳定性较好、尺寸和组成易控制以及优良的渗透性等特性。聚合物中空微球具有的多功能性，在填料、消光剂、涂料、粘合剂等众多领域有良好的应用价值。因此，本专利技术提出将表面改性的中空微球直接乳化聚氨酯预聚体，中空微球表面的活性基团与聚氨酯预聚体分子链端的异氰酸酯(-NCO)反应，进行二次扩链，乳化后，水性聚氨酯分子链接枝到中空微球上。制得的水性聚氨酯接枝中空微球乳液，表面含有离子化基团，乳液稳定性好。该乳液实际上是一种单组分的中空微球粒子刷复合材料，无需外加消光剂和隔热填料，可以直接作为消光树脂和隔热保温树脂。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于克服现有的水性聚氨酯自消光树脂的稳定差、易沉降；外加消光剂的水性聚氨酯消光树脂相容性差的缺陷，提供了一种自消光水性聚氨酯隔热保温树脂的制备方法，通过制备水性聚氨酯接枝中空微球乳液，制备的聚氨酯中空微球产率高、稳定性好、壁厚可控且环境友好，大大扩展了聚氨酯材料的应用范围。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种自消光水性聚氨酯隔热保温树脂的制备方法，包括以下步骤：(1)将中空微球加入到醇类溶剂中，超声分散形成均匀的中空微球分散体，分散体质量百分浓度为2％～20％，滴加表面改性剂，在35～85℃下反应4～24h后，离心提纯干燥后，制得表面改性的中空微球；所述醇类溶剂为甲醇、乙醇、丁醇、异丁醇等小分子醇；(2)将分子量在1000～3000的聚多元醇进行脱水处理，脱水处理温度为100～120℃，脱水处理时间为1～3h，脱水完成后降温至30～50℃后，加入多异氰酸酯、催化剂和亲水扩链剂，然后在70～100℃温度条件下反应2～6h，制得亲水聚氨酯预聚体；所述聚多元醇的质量为所述亲水聚氨酯预聚体质量的40％～65％；所述多异氰酸酯的质量为所述亲水聚氨酯预聚体质量的20％～40％；所述催化剂的质量为所述亲水聚氨酯预聚体质量的0.02％～0.05％；所述亲水扩链剂的质量为所述亲水聚氨酯预聚体质量的3％～10％；(3)将上述制备的亲水聚氨酯预聚体用碱中和后，加入到步骤(1)改性中空微球的水溶液中，高速剪切分散，高速剪切速率为500～4000rpm，分散时间在5～30min，获得水性聚氨酯表面改性中空微球乳液，质量浓度为5％～35％；所述亲水聚氨酯预聚体的质量分数为改性中空微球的20％～80％；(4)将所述水性聚氨酯表面改性中空微球乳液直接涂覆在基材上，经高温处理后，制得具有自消光和隔热保温性能的水性聚氨酯树脂涂层。其中步骤(1)中，所述中空微球可以是自制或购买的无机中空微球和聚合物中空微球的一种；所述聚合物中空微球可以选择交联聚甲基丙烯酸甲酯中空微球或交联聚苯乙烯中空微球，所述无机中空微球可以选择二氧化硅中空微球；更进一步地，所述中空微球的尺寸在50nm和100μm之间。更进一步地：步骤(1)中所述表面改性剂选择含羟基、氨基、巯基、羧基等官能团的小分子或大分子改性剂，优选氨基硅烷偶联剂、异氰酸酯基硅烷偶联剂、巯基硅烷偶联剂、氯基硅烷偶联剂、环氧基硅烷偶联剂或聚醚胺中的一种；所述表面改性剂为中空微球质量的2％～10％。更进一步地，步骤(2)中所述聚多元醇为聚四亚甲基醚二醇、聚四氢呋喃醚二醇、聚氧化丙烯二醇、聚己二酸丁二醇酯二醇、聚己二酸己二醇酯二醇、聚碳酸酯二元醇中的一种或多种。其中步骤(2)中，所述多异氰酸酯包括脂肪族、脂环族、芳香族的多异氰酸酯，更进一步地，选取甲苯二异氰酸酯、二苯甲烷二异氰酸酯、二环己基甲烷二异氰酸酯、环己基二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、亚丙基-1，2-二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、四亚甲基-1，4-二异氰酸酯、1，6-六亚甲基-二异氰酸酯、十二烷-1，12-二异氰酸酯、环丁烷-1，3-二异氰酸酯、环己烷-1，3-二异氰酸酯、环己烷-1，4-二异氰酸酯、甲基亚环己基二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯的三异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯的氨基甲酸甲酯、亚乙基二异氰酸酯、2，4，4-三甲基六亚甲基二异氰酸酯或二环己基甲烷二异氰酸酯中的一种或多种。其中步骤(2)中，所述亲水扩链剂包括多元醇类、脂环醇类、芳醇类、醇胺类含可离子化基团的亲水扩链剂，更进一步地，选取2，2-二羟甲基丙酸、2，2-二羟甲基丁酸、2-[(2-氨乙基)氨基]磺酸钠、1,4丁二醇-2-磺酸钠、二羟基半酯中的一种或多种。更进一步地：步骤(2)中，所述催化剂为辛酸亚锡、二月桂二丁基锡、N,N-二甲基环己胺、N-乙基吗啉、N-甲基吗啉、N,N-二甲基吡啶、N,N-二乙基哌嗪中的一种或多种。更进一步地：步骤(3)中所述中和碱为三乙胺、三乙醇胺、氨水或氢氧化钠中的一种。其中：步骤(3)中，所述水性聚氨酯表面改性中空微球乳液聚氨酯中空微球平均粒径在50nm～100μm；所述水性聚氨酯表面改性中空微球的接枝密度由所述中空微球表面的活性基团数量所决定；制备的水性聚氨酯接枝中空微球乳液固含量在15～35％之间。本专利技术先合成亲水聚氨酯预聚体，加入到表面改性中空微球水溶液中，在聚氨酯自乳化的同时，实现对中空微球的接枝改性，制备一种水性聚氨酯接枝中空微球乳液。聚氨酯中空微球的壳层聚合物与中空部分的空气之间存在较大的折光指数差，具有优异的消光性能和隔热保温性能，中空结构又可以提高涂层的遮盖性能，可广泛地应用于涂料、造纸、皮革等行业。本专利技术的有益技术效果体现在以下方面：1.本专利技术提供了自乳化扩链接枝工艺制备一种水性聚氨酯自消光和隔热保温树脂的方法，制备的水性聚氨酯接枝中空微球是一种单组分的聚氨酯复合材料乳液体系，稳定性好本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种自消光水性聚氨酯隔热保温树脂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）将中空微球加入到醇类溶剂中，超声分散形成均匀的中空微球分散体，分散体质量百分浓度为2%~20%，滴加表面改性剂，在35~85℃下反应4~24 h后，离心提纯干燥后，制得表面改性的中空微球；所述醇类溶剂为甲醇、乙醇、丁醇、异丁醇等小分子醇；（2）将分子量在1000~3000的聚多元醇进行脱水处理，脱水处理温度为100~120℃，脱水处理时间为1~3h，脱水完成后降温至30~50℃后，加入多异氰酸酯、催化剂和亲水扩链剂，然后在70~100℃温度条件下反应2~6 h，制得亲水聚氨酯预聚体；所述聚多元醇的质量为所述亲水聚氨酯预聚体质量的40%~65%；所述多异氰酸酯的质量为所述亲水聚氨酯预聚体质量的20%~40%；所述催化剂的质量为所述亲水聚氨酯预聚体质量的0.02%~0.05%；所述亲水扩链剂的质量为所述亲水聚氨酯预聚体质量的3%~10%；（3）将上述制备的亲水聚氨酯预聚体用碱中和后，加入到步骤（1）改性中空微球的水溶液中，高速剪切分散，高速剪切速率为500~4000rpm，分散时间在5~30 min，获得水性聚氨酯表面改性中空微球乳液，质量浓度为5%~35%；所述亲水聚氨酯预聚体的质量分数为改性中空微球的20%~80%；（4）将所述水性聚氨酯表面改性中空微球乳液直接涂覆在基材上，经高温处理后，制得具有自消光和隔热保温性能的水性聚氨酯树脂涂层。...

【技术特征摘要】
1.一种自消光水性聚氨酯隔热保温树脂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）将中空微球加入到醇类溶剂中，超声分散形成均匀的中空微球分散体，分散体质量百分浓度为2%~20%，滴加表面改性剂，在35~85℃下反应4~24h后，离心提纯干燥后，制得表面改性的中空微球；所述醇类溶剂为甲醇、乙醇、丁醇、异丁醇等小分子醇；（2）将分子量在1000~3000的聚多元醇进行脱水处理，脱水处理温度为100~120℃，脱水处理时间为1~3h，脱水完成后降温至30~50℃后，加入多异氰酸酯、催化剂和亲水扩链剂，然后在70~100℃温度条件下反应2~6h，制得亲水聚氨酯预聚体；所述聚多元醇的质量为所述亲水聚氨酯预聚体质量的40%~65%；所述多异氰酸酯的质量为所述亲水聚氨酯预聚体质量的20%~40%；所述催化剂的质量为所述亲水聚氨酯预聚体质量的0.02%~0.05%；所述亲水扩链剂的质量为所述亲水聚氨酯预聚体质量的3%~10%；（3）将上述制备的亲水聚氨酯预聚体用碱中和后，加入到步骤（1）改性中空微球的水溶液中，高速剪切分散，高速剪切速率为500~4000rpm，分散时间在5~30min，获得水性聚氨酯表面改性中空微球乳液，质量浓度为5%~35%；所述亲水聚氨酯预聚体的质量分数为改性中空微球的20%~80%；（4）将所述水性聚氨酯表面改性中空微球乳液直接涂覆在基材上，经高温处理后，制得具有自消光和隔热保温性能的水性聚氨酯树脂涂层。2.根据权利要求1所述一种自消光水性聚氨酯隔热保温树脂的制备方法，其特征在于：步骤（1）中，所述中空微球可以是自制或购买的无机中空微球和聚合物中空微球的一种；所述聚合物中空微球可以选择交联聚甲基丙烯酸甲酯中空微球或交联聚苯乙烯中空微球，所述无机中空微球可以选择二氧化硅中空微球；所述中空微球的尺寸在50nm和100μm之间。3.根据权利要求1所述的一种自消光水性聚氨酯隔热保温树脂的制备方法，其特征在于：步骤（1）中所述表面改性剂选择含羟基、氨基、巯基、羧基等官能团的小分子或大分子改性剂，具体选择氨基硅烷偶联剂、异氰酸酯基硅烷偶联剂、巯基硅烷偶联剂、氯基硅烷偶联剂、环氧基硅烷偶联剂或聚醚胺中的一种；所述表面改性剂为中空微球质量的2%~10%。4.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：张建安，王苗苗，吴庆云，吴明元，杨建军，
申请(专利权)人：安徽大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34