本发明专利技术公开了一种有机凹凸棒土‑水性聚氨酯纳米复合皮革涂饰剂及其制备方法。本方法首先使用酸对凹凸棒原土进行提纯分散处理，再通过季铵盐、有机胺、偶联剂、多异氰酸酯单体或者氨基酸对凹凸棒土进行有机化改性制备有机凹凸棒土，然后通过乳液共混或者原位聚合的方法将有机凹凸棒土在纳米水平上分散于水性聚氨酯的基质中，得到产品有机凹凸棒土‑水性聚氨酯纳米复合皮革涂饰剂。本发明专利技术选用酸对凹凸棒原土进行处理增加了凹凸棒土的纯度和分散性，提高了其离子交换容量，选用季铵盐、有机胺、偶联剂、多异氰酸酯或者氨基酸对凹凸棒进行有机化改性，改善了凹凸棒粘土层链状硅酸盐片层的表面微环境，增加了其在高分子溶液中的分散性和与有机高分子相的相容性，有利于复合材料性能的提高。
【技术实现步骤摘要】
一种有机凹凸棒土-水性聚氨酯纳米复合皮革涂饰剂及其制备方法
本专利技术涉及纳米复合材料研究领域和聚氨酯皮革用涂饰材料开发领域，具体涉及一种有机凹凸棒土-水性聚氨酯纳米复合皮革涂饰剂及其制备方法。
技术介绍
纳米复合材料起源于上世纪80年代初期，Roy和Kormaneni等人于1984年首次提出了纳米复合材料(nanocomposite)的概念，它是指两种或两种以上的固相尺寸至少在一维方向上小于100nm的复合材料。近年来纳米技术及纳米复合材料已成为科学研究和材料开发的热点，渗透到材料科学研究的各个领域，并成为跨学科发展的新领域。由于纳米粘土颗粒尺寸小、比表面积大、表面能和表面张力随粒径的下降急剧增加，表现出小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等。作为高分子材料的改性剂、增强剂等，能提高复合材料的力学性能、耐热稳定性等，同时纳米粒子的高流动性改善了材料的加工性能，使材料表面光滑，摩擦系数变小，耐磨性增强。纳米粒子具有极大的比表面积，能有效控制液体聚合物的假塑性和触变性能，可作为高档涂料、粘合剂、密封胶等的增稠剂、补强剂、流变剂等。利用纳米粒子特殊的光、电、磁等特性，可制备具有特殊功能的高分子材料。这些特征为材料的研究开发及升级换代提供了新的思路，引起了科技界和产业界的极大兴趣，在今后很长一段时间内，纳米技术必定对世界经济产生巨大的影响。凹凸棒(attapulgite)土，又名坡缕石(palygorskite)，是一种层链状过渡结构的以含水富镁铝硅酸盐为主的天然粘土矿物，在矿物学上隶属于海泡石族。1940年，Brandley根据X-衍射分析提出了凹土的理想晶体结构，它的化学式Mg5(Si4O10)2(OH)2(H2O)4·4H2O和层状晶体结构模式并得到公认。凹凸棒土属于2∶1型粘土矿物，即两层硅氧四面体夹一层镁氧八面体，每隔四个硅氧四面体其间端背向而立，沿b、c轴向呈层状结构；c轴方向即平行纤维方向，由两个辉石链组成，链间由彼此均分的氧原子连结起来，由于链间的结合力小于链内结合力，故使它具有明显的一向延伸的纤维结晶习性。凹凸棒土晶体形态为棒状或纤维状，单晶直径大多10～100nm，长度为0.1～1μm，所以其具有很大的长径比，结构特征属于一维纳米粒子。凹凸棒粘土具有滑感、质轻、吸水性强、遇水不膨胀、湿时具有黏性和可塑性等特性。由于它本身的特殊结构，凹土已在建材、采矿、化肥、食品、农药、印染、环保等领域得到广泛应用，素有“千面用土”之称。1972年德国Bayer公司率先开发出了水性PU皮革涂饰剂，与溶剂型PU相比，水性PU在合成过程中以水作为溶剂，减少了合成过程种有机溶剂的挥发和危险；使用时无毒，无污染、不燃烧、价廉，具有一般溶剂型PU的性能，是一种应用前景广泛的“绿色材料”。随着工业科技的进步，人们对材料的性能要求日益增加，对材料进行改性以改善其性能或增加特殊功能成为工业开发和研究的趋势。鉴于上述凹凸棒土作为一维纳米粒子的优点，将凹凸棒土以聚合物固含量的0.1％～20％分散在聚合物中，使其在水性聚氨酯基质中以一维纳米结构存在。由于凹凸棒粘土纳米材料极大的比表面积、优良的热稳定性和尺寸稳定性等特点，使它掺杂在聚合物中可以使复合材料较常规材料具有更加优异的性能，例如高的机械强度、高模量、耐热稳定性好，具有一定的电子光学性能。由于凹凸棒粘土具有很好的吸水膨胀性，在有机相中分散性不佳，与有机高分子的相容性较差，所以往往对凹凸棒粘土进行有机改性。有机改性可以改善凹凸棒粘土层链间表面的微环境，使凹凸棒层链表面由亲水性质变为疏水状态，从而改善其在有机相的分散性和与有机相的相容性，有利于提高材料的性能。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种有机凹凸棒土-水性聚氨酯纳米复合皮革涂饰剂及其制备方法。技术方案主要包括一下几个步骤：一种有机凹凸棒粘土-水性聚氨酯纳米复合皮革涂饰剂，其特征在于可以通过乳液共混或者原位聚合的方法制备。乳液共混法的具体制备方法如下：1)将一定量的有机凹凸棒土与蒸馏水按照质量比(0.005～0.2)∶1，加入容器中充分溶胀，在搅拌速度为100～2000rpm的条件下，搅拌30～150min，然后在频率为40～100Hz的超声波下超声分散30～120min，备用；2)将异氰酸酯基与羟基的摩尔比为(1.05～2)∶1的多异氰酸酯和聚合物多元醇同时加入反应容器中，在40～150℃下，搅拌反应2～5h；3)在上述反应容器中加入所带反应基团与聚合物多元醇羟基的摩尔比为(0.05～1)∶1的扩链剂，在25～90℃下进行搅拌扩链反应，反应时间为1～4h；4)扩连反应后向容器中加入中和剂的水溶液，在温度为25～60℃和搅拌速度为500～2000rpm的条件下中和分散1～3h，使水性聚氨酯乳液pH值为4～9；5)按照有机凹凸棒土和聚氨酯的干重比(0.005～0.1)∶1向水性聚氨酯乳液中加入有机凹凸棒土水分散液，在60～90℃下搅拌分散2～6h；6)将反应产物浓缩到固含量为25％～30％，静置冷却到40℃以下。原位聚合法的具体制备方法如下：1)将摩尔比为(0.005～0.1)∶1有机凹凸棒粘土与聚合物多元醇在70～150℃下搅拌分散3～6h，冷却至常温；2)按照异氰酸酯基与聚合物多元醇的羟基的摩尔比为(1.05～2)∶1向反应器中加入多异氰酸酯，在40～150℃下，搅拌反应2～5h；3)按照扩链剂所带反应基团与多元醇羟基的摩尔比为(0.05～1)∶1向反应器中加入扩链剂，在25～90℃下进行搅拌扩链反应1～4h；4)向反应器中加入中和剂的水溶液，在搅拌速度为500～2000rpm和温度为25～60℃的条件下，中和分散1～3h，使水性聚氨酯乳液pH值为4～9；5)将反应产物浓缩到固含量为25％～30％，静置冷却到40℃以下。乳液共混和原位聚合制备方法中，所述的有机凹凸棒土的制备方法如下：1)称取一定量的凹凸棒土，加入质量比为(5～20)∶1酸溶液，在25～90℃下搅拌反应12～48h；2)过滤，洗涤滤饼至滤液中无酸根离子，之后于90～120℃下干燥12～48h，冷却后研磨成粉；3)取一定量的酸处理凹凸棒粘土，水中溶胀1～2h，后搅拌30～150min，超声分散30～90min，加入反应容器中；4)加入改性剂溶液，改性剂与凹凸棒土的质量比为(0.01～0.8)∶1，在温度为50～90℃下，搅拌反应2～6h，之后冷却、过滤、洗涤，在90～120℃下干燥12～48h，冷却研磨成粉。乳液共混和原位聚合制备方法中，所述的聚合物多元醇为聚酯多元醇、聚醚多元醇、聚丁二烯二醇、环氧树脂或者蓖麻油，分子量为200～8000。乳液共混和原位聚合制备方法中，所述的扩链剂为短链小分子多元醇、多元胺、醇胺、醇酰胺、氨基磺酸、多羟基酸、多元酸、多元酸酐、氨基或羟基封端的聚有机硅氧烷或者分子量为200～600的多元醇聚合物中的一种或者几种。乳液共混和原位聚合制备方法中，所述的中和剂为无机中和剂或有机中和剂，其中无机中和剂为氨水、氢氧化钠、氢氧化钾中的一种或者几种；有机中和剂为三乙胺、三丙胺、二乙醇胺、三乙醇胺、二甲基乙醇胺一种或者几种。有机凹凸棒土的制备方法中，所述的酸为H2SO4、HCl、HNO3和H3PO4中的一种或者几种，本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种有机凹凸棒土‑水性聚氨酯纳米复合皮革涂饰剂及其制备方法，其特征在于通过乳液共混或者原位聚合的方法制备。
【技术特征摘要】
1.一种有机凹凸棒土-水性聚氨酯纳米复合皮革涂饰剂及其制备方法，其特征在于通过乳液共混或者原位聚合的方法制备。2.根据权利要求1所述，其特征在于有机凹凸棒土-水性聚氨酯纳米复合皮革涂饰剂的乳液共混制备方法如下：1)将一定量的有机凹凸棒土与蒸馏水按照质量比(0.005～0.2)∶1，加入容器中充分溶胀，在搅拌速度为100～2000rpm的条件下，搅拌30～150min，然后在频率为40～100Hz的超声波中超声分散30～120min，备用；2)将异氰酸酯基与羟基的摩尔比为(1.05～2)∶1的多异氰酸酯和聚合物多元醇同时加入反应容器中，在40～150℃下，搅拌反应2～5h；3)在上述反应容器中加入所带反应基团与聚合物多元醇羟基的摩尔比为(0.05～1)∶1的扩链剂，在25～90℃下进行搅拌扩链反应1～4h；4)扩连反应后向容器中加入一定量中和剂的水溶液，在温度为25～60℃和搅拌速度为500～2000rpm的条件下中和分散1～3h，使水性聚氨酯乳液pH值为4～9；5)按照有机凹凸棒土和聚氨酯的干重比(0.005～0.1)∶1向水性聚氨酯乳液中加入分散好的有机凹凸棒土水分散液，在60～90℃下搅拌分散2～6h；6)将反应产物浓缩到固含量为25％～30％，静置冷却到40℃以下。3.根据权利要求1所述，其特征在于有机凹凸棒土-水性聚氨酯纳米复合皮革涂饰剂的原位聚合的制备方法如下：1)有机凹凸棒粘土与聚合物多元醇按照质量比为(0.001～0.1)∶1在70～150℃下搅拌分散3～6h，冷却至40℃以下；2)按照异氰酸酯基与聚合物多元醇的羟基的摩尔比为(1.05～2)∶1向反应器中加入多异氰酸酯，在40～150℃下，搅拌反应2～5h；3)按照扩链剂所带反应基团与多元醇羟基的摩尔比为(0.05～1)∶1向反应器中加入扩链剂，在25～90℃下进行搅拌扩链反应1～4h；4)向反应器中加入中和剂的水溶液，在搅拌速度为500～2000rpm和温度为25～60℃的条件下，中和分散1～3h，使水性聚氨酯...
【专利技术属性】
技术研发人员：蔡新乔，
申请(专利权)人：湖州乔传商贸有限责任公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33
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