一种透明聚氨酯的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种透明聚氨酯的制备方法，属于涂料技术领域。本发明专利技术采用氧化过程与还原过程对作为无机填料的多壁碳纳米管进行改性，使其表面羟基化，再与二氧化钛溶胶复配，并嵌入的聚氨酯基体之间产生共价键，改善聚氨酯基体的耐水性，高热稳定性，机械性能，耐紫外线性能，耐化学性能，再利用构成软段的聚酯多元醇的相对分子质量为小于1000时，软段不能结晶，微相分离很弱或不存在，随着硬段含量的增加，分子链中的刚性基团—环己环、苯环的含量增加，同时，极性基团—氨基甲酸酯基、酯基及脲基的含量增多，分子链极性变大，分子间作用力增强，使氢键的数量和分子链中的相互作用力增加，增强内聚强度，改善机械性能。

【技术实现步骤摘要】
一种透明聚氨酯的制备方法
本专利技术涉及一种透明聚氨酯的制备方法，属于涂料

技术介绍
聚氨酯是由异氰酸酯与多元醇反应制成的一种具有氨基甲酸酯链段重复结构单元的聚合物，其独特的链结构和聚集态结构赋予聚氨酯优异的性能，如强度高、韧性好、优异的耐磨、耐油特性等。透明聚氨酯既具有传统聚氨酯优异的力学性能，又有较好的光学性能，是聚氨酯的一个重要发展方向。高性能透明聚氨酯既可以作为光伏组件封装材料、透明防护材料、也可以制备高性能光学仪器等，其优异的机械性能和光学性能在光伏领域、防护领域和光学仪器领域具有重要的发展前景。聚氨酯在微观形态上，可以看成是由软段与硬段交替组成的两相嵌段共聚物。由于软硬段内部或热力学上的不相容产生微相分离，而微相分离使照射在聚氨酯表面上的光线分散，导致其不透明，因此，传统的聚氨酯多用于对透明性要求不高的领域。影响聚氨酯微相分离的因素有：异氰酸酯的结构、扩链剂的种类、软段的类型和分子量、软硬段的结晶、合成方法及热历史等。在影响聚氨酯微相分离的因素中，结晶是影响其透明性的重要因素。根据高聚物结构理论，只有具有无规非晶结构的聚合物，才有可能是透明的，而结晶共聚物，由于总是存在折射率不同的晶区和非晶区，往往是不透明的。对于聚氨酯而言，硬段和软段任何一相产生结晶，都会影响其透明性。聚酯聚氨酯中由于酯基极性高，易产生结晶，影响聚氨酯的透明性，而聚醚分子链间的相互作用力较聚酯弱，易无规随机排列，结晶度低，透明性好，因此透明聚氨酯多采用聚醚多元醇制备。但聚醚透明聚氨酯由于分子间作用力小，存在以下主要缺点：内聚强度低、机械强度较差、耐紫外和耐化学性能差，还需改进。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题：针对聚氨酯内聚强度低、机械性能差、耐紫外光和耐化学性能差的问题，提供了一种透明聚氨酯的制备方法。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种透明聚氨酯的制备方法，其特征在于，具体步骤为：（1）将多壁碳纳米管加入混酸中超声分散，再在40～50℃搅拌反应10～12h，过滤水洗后干燥，得氧化处理碳纳米管；（2）取氧化处理碳纳米管加入四氢呋喃中超声分散，再加入四氢铝锂，在40～50℃下搅拌反应3～5h，离心分离并用硝酸洗涤，再水洗干燥，得表面羟基化多壁碳纳米管；（3）将四氯化钛加入冰水中混合均匀，再加入表面羟基化多壁碳纳米管，搅拌30～40min后滴加氨水至pH为7.5～8.0，过滤水洗后超声分散再去离子水中，得超声分散液；（4）取三羟甲基丙烷、低聚合度聚酯多元醇混合均匀后装入反应釜中，加热至110～120℃并保温1～2h，降温至60～70℃，再滴加异佛尔酮二异氰酸酯，二月桂酸二丁基锡，并加热至75～85℃搅拌反应3～4h，冷却至35～45℃，加入冰醋酸调至中性，再加入超声分散液混合均匀，得透明聚氨酯。步骤（1）所述多壁碳纳米管与混酸的固液比（g/V）为1：80，所述混酸由质量分数为98%的硫酸与质量分数为65%的硝酸按体积比3：1组成。步骤（2）所述氧化处理碳纳米管与四氢呋喃的固液比（g/V）为1：500，所述四氢铝锂与氧化处理碳纳米管的质量比为1：1。步骤（3）所述四氯化钛与冰水的固液比（g/V）为1：100，所述表面羟基化多壁碳纳米管与四氯化钛的质量比为1：15。步骤（4）所述三羟甲基丙烷、低聚合度聚酯多元醇、异佛尔酮二异氰酸酯、二月桂酸二丁基锡的重量份为1.5～3.0份三羟甲基丙烷，15～30份低聚合度聚酯多元醇，18～36份异佛尔酮二异氰酸酯，0.1～0.2份二月桂酸二丁基锡，所述低聚合度聚酯多元醇为分子量低于600的聚己内酯多元醇或聚碳酸酯多元醇中的任意一种。本专利技术与其他方法相比，有益技术效果是：本专利技术采用氧化过程与还原过程对作为无机填料的多壁碳纳米管进行改性，使其表面羟基化，再与二氧化钛溶胶复配，并嵌入的聚氨酯基体之间产生共价键，改善聚氨酯基体的耐水性，高热稳定性，机械性能，耐紫外线性能，耐化学性能，再利用构成软段的聚酯多元醇的相对分子质量为小于1000时，软段不能结晶，微相分离很弱或不存在，随着硬段含量的增加，分子链中的刚性基团—环己环、苯环的含量增加，同时，极性基团—氨基甲酸酯基、酯基及脲基的含量增多，分子链极性变大，分子间作用力增强，使氢键的数量和分子链中的相互作用力增加，增强内聚强度，改善机械性能。具体实施方式取90～180mL质量分数为98%的硫酸，30～60mL质量分数为65%的硝酸混合均匀，得混酸，取80～160mL混酸，再加入1～2g多壁碳纳米管，以300W超声波超声分散1～2h，再加热至40～50℃，以300～400r/min搅拌10～12h，冷却至室温后过滤得滤渣，用去离子水洗涤滤渣至洗涤液呈中性，再转入干燥箱中，在60～80℃下干燥3～5h，得氧化处理碳纳米管，取0.5～1.0g氧化处理碳纳米管，加入250～500mL四氢呋喃中，以300W超声波超声分散1～2h，再加入0.5～1.0g四氢铝锂，在40～50℃下以200～300r/min搅拌3～5h，冷却至室温后置于离心机中离心分离得沉淀，用质量分数为5%硝酸溶液洗涤沉淀2～3次，再用去离子水洗涤沉淀至洗涤液呈中性后转入干燥箱中，在60～80℃下干燥2～3h，得表面羟基化多壁碳纳米管，取3～6g四氯化钛，加入300～600mL0～4℃去离子水中，以300～400r/min搅拌20～30min，再加入0.2～0.4g表面羟基化多壁碳纳米管，继续搅拌30～40min，再滴加氨水至pH为7.5～8.0，过滤得滤饼，用去离子水洗涤滤饼至洗涤液呈中性，将滤饼加入150～300mL去离子水中，以300W超声波超声分散1～2h，得超声分散液，取1.5～3.0g三羟甲基丙烷，15～30g低聚合度聚酯多元醇混合均匀后装入反应釜中，加热至110～120℃，并保持温度1～2h，降温至60～70℃，再以1mL/min滴加18～36g异佛尔酮二异氰酸酯，待滴加完毕后再加入0.1～0.2g二月桂酸二丁基锡，并加热至75～85℃，以300～400r/min搅拌反应3～4h，冷却至35～45℃，加入冰醋酸调节pH至中性，再加入150～300mL超声分散液，以300～500r/min搅拌20～30min，得透明聚氨酯乳液。实例1取90mL质量分数为98%的硫酸，30mL质量分数为65%的硝酸混合均匀，得混酸，取80mL混酸，再加入1g多壁碳纳米管，以300W超声波超声分散1h，再加热至40℃，以300r/min搅拌10h，冷却至室温后过滤得滤渣，用去离子水洗涤滤渣至洗涤液呈中性，再转入干燥箱中，在60℃下干燥3h，得氧化处理碳纳米管，取0.5g氧化处理碳纳米管，加入250mL四氢呋喃中，以300W超声波超声分散1h，再加入0.5g四氢铝锂，在40℃下以200r/min搅拌3h，冷却至室温后置于离心机中离心分离得沉淀，用质量分数为5%硝酸溶液洗涤沉淀2次，再用去离子水洗涤沉淀至洗涤液呈中性后转入干燥箱中，在60℃下干燥2h，得表面羟基化多壁碳纳米管，取3g四氯化钛，加入300mL0℃去离子水中，以300r/min搅拌20min，再加入0.2g表面羟基化多壁碳纳米管，继续搅拌30min，再滴加氨水至pH为7.5，过滤得滤饼，用去离子水洗涤滤饼至洗涤本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种透明聚氨酯的制备方法，其特征在于，具体步骤为：（1）将多壁碳纳米管加入混酸中超声分散，再在40～50℃搅拌反应10～12h，过滤水洗后干燥，得氧化处理碳纳米管；（2）取氧化处理碳纳米管加入四氢呋喃中超声分散，再加入四氢铝锂，在40～50℃下搅拌反应3～5h，离心分离并用硝酸洗涤，再水洗干燥，得表面羟基化多壁碳纳米管；（3）将四氯化钛加入冰水中混合均匀，再加入表面羟基化多壁碳纳米管，搅拌30～40min后滴加氨水至pH为7.5～8.0，过滤水洗后超声分散再去离子水中，得超声分散液；（4）取三羟甲基丙烷、低聚合度聚酯多元醇混合均匀后装入反应釜中，加热至110～120℃并保温1～2h，降温至60～70℃，再滴加异佛尔酮二异氰酸酯，二月桂酸二丁基锡，并加热至75～85℃搅拌反应3～4h，冷却至35～45℃，加入冰醋酸调至中性，再加入超声分散液混合均匀，得透明聚氨酯。

【技术特征摘要】
1.一种透明聚氨酯的制备方法，其特征在于，具体步骤为：（1）将多壁碳纳米管加入混酸中超声分散，再在40～50℃搅拌反应10～12h，过滤水洗后干燥，得氧化处理碳纳米管；（2）取氧化处理碳纳米管加入四氢呋喃中超声分散，再加入四氢铝锂，在40～50℃下搅拌反应3～5h，离心分离并用硝酸洗涤，再水洗干燥，得表面羟基化多壁碳纳米管；（3）将四氯化钛加入冰水中混合均匀，再加入表面羟基化多壁碳纳米管，搅拌30～40min后滴加氨水至pH为7.5～8.0，过滤水洗后超声分散再去离子水中，得超声分散液；（4）取三羟甲基丙烷、低聚合度聚酯多元醇混合均匀后装入反应釜中，加热至110～120℃并保温1～2h，降温至60～70℃，再滴加异佛尔酮二异氰酸酯，二月桂酸二丁基锡，并加热至75～85℃搅拌反应3～4h，冷却至35～45℃，加入冰醋酸调至中性，再加入超声分散液混合均匀，得透明聚氨酯。2.如权利要求1所述的一种透明聚氨酯的制备方法，其特征在于，步骤（1）所...

【专利技术属性】
技术研发人员：仇颖莹，王之霖，史玉兰，
申请(专利权)人：仇颖莹，
类型：发明
国别省市：江苏,32