一种高水氧阻隔性水性聚氨酯、其制备方法及双组分聚氨酯胶技术

本发明专利技术提供了一种高水氧阻隔性水性聚氨酯、其制备方法及双组分聚氨酯胶。本发明专利技术先采用阴离子表面活性剂对水滑石插层修饰，再加入氧化石墨进行超声处理，形成氧化石墨烯和剥离的水滑石纳米片这两种二维纳米片，表面带有大量含氧官能团的氧化石墨烯与显示正电性的水滑石纳米片在静电作用驱动下，自组装形成了一种松散的有序复合结构，即石墨烯‑水滑石自组装体；再将上述自组装体与水性聚氨酯分散体混合，从而得到高水氧阻隔性水性聚氨酯分散液。其中，石墨烯‑水滑石自组装体形成复杂曲折的特殊防扩散渗透路径，抑制了水、氧的侵入，能够有效提升水氧阻隔性，而且，能够使水性聚氨酯分散液具有良好的成膜及粘结性。

The invention relates to a high water oxygen barrier waterborne polyurethane, a preparation method thereof and a two-component polyurethane adhesive

【技术实现步骤摘要】
一种高水氧阻隔性水性聚氨酯、其制备方法及双组分聚氨酯胶
本专利技术涉及胶体材料领域，特别涉及一种高水氧阻隔性水性聚氨酯、其制备方法及双组分聚氨酯胶。
技术介绍
双组分聚氨酯胶一般是由含有异氰酸酯官能团的固化剂组分和含有羟基或胺基官能团的主料组分组成。双组分聚氨酯涂料通常可分为溶剂型聚氨酯涂料和水性聚氨酯胶。水性聚氨酯胶，特别是双组分水性聚氨酯胶，不仅具有聚氨酯特有的柔韧性、耐摩擦性、耐低温性能以及良好的成膜能力，同时其以水为分散剂，具有极低的VOC排放，降低了环境污染，具有广阔应用前景。水性聚氨酯具有很好的水分散性，同时也使其具有较高的水氧渗透性，缺乏足够的水氧阻隔性能。特别是当粘接面是金属时，当水汽进入后，极易对粘接基材部位腐蚀、生锈，尤其是有水汽残留时，甚至会出现穿孔。难以对粘结基材起到足够的密封、防腐的作用。因此，提高水性聚氨酯的阻隔性具有重要意义。研究人员将不同类型的有机树脂接枝到聚氨酯上，通过改变高分子链段结构，增强水氧阻隔性能。主要的接枝改性方法有有机氟改性和有机硅改性。有机氟改性容易使乳液粒径变大，易破乳沉降，同时也降低了对基材的粘结强度。研究人员也有将无机纳米填料添加到水性聚氨酯中，凭借其极小的粒径，增加了胶的致密性，改善了阻隔性和渗透性。但是为达到必要的水氧阻隔性能，必须大量添加无机纳米材料，这会造成破乳，难以形成稳定的水性聚氨酯分散液。此外，二维层状材料具有很高的长径比，比纳米材料有更好的水氧阻隔性能，例如石墨烯、蒙脱土等。石墨烯是一种单原子厚度的二维纳米层状材料，具有高强度、高导电率和高比表面积等特性，可以明显改善聚合物基复合材料的机械性能、热性能以及介电性能。石墨烯具有的高比表面积的二维层状结构，理论上可以很大程度上隔绝水、氧和腐蚀性离子对金属基体的侵入，从而有效减缓金属基材的腐蚀速率。但是，石墨烯的表面状态非常稳定，且每个单层石墨烯片被较强的层间范德华力束缚，导致其亲油性和亲水性都很差，不能有效地与聚合物基体进行复合，并且容易在聚合物基体中形成团聚体，实际应用中并不能有效实现水氧阻隔，还会影响聚合物的粘结及力学性能。二维层状材料实现高阻隔性能需要剥离分散为纳米片，例如由氧化石墨剥离形成氧化石墨烯。而这种剥离的纳米片只能在稀溶液中存在。若以稀溶液作为填料加入到水性聚氨酯分散液中，必将极大的稀释分散液，进而影响双组分水性聚氨酯胶的成膜和粘接性能。因此，现有技术难以兼顾水氧阻隔性提高、水性聚氨酯分散体稳定及高的基材粘结强度。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种高水氧阻隔性水性聚氨酯、其制备方法及双组分聚氨酯胶。本专利技术提供的高水氧阻隔性水性聚氨酯能够有效提高水性聚氨酯的水氧阻隔性，同时保证良好的成膜性及粘结性。本专利技术提供了一种高水氧阻隔性水性聚氨酯的制备方法，包括以下步骤：a)将水滑石与阴离子表面活性剂在水中反应，得到有机插层修饰的水滑石分散液；b)将所述有机插层修饰的水滑石分散液与氧化石墨混合并超声处理，得到石墨烯-水滑石自组装体；c)将所述石墨烯-水滑石自组装体与水性聚氨酯分散体混合，得到高水氧阻隔性水性聚氨酯。优选的，所述水滑石与氧化石墨的质量比为(0.5～20)∶1。优选的，所述步骤a)中，所述水滑石与阴离子表面活性剂的质量比为1∶(0.1～2)；所述水滑石与水的质量比为1∶(10～100)。优选的，所述步骤a)中，所述阴离子表面活性剂选自羧酸盐型表面活性剂、磺酸盐型表面活性剂和硫酸酯盐型表面活性剂中的一种或几种；所述反应的温度为70～100℃，时间为1～24h。优选的，所述步骤b)中，所述超声处理的功率为300～1000W，频率为15～25KHz，时间为1～8h。优选的，所述步骤b)中，在所述超声处理后，还包括：固液分离。优选的，所述步骤c)中：所述水性聚氨酯分散体为端羟基水性聚氨酯分散体；所述石墨烯-水滑石自组装体与水性聚氨酯分散体中的聚氨酯的质量比为(0.01～0.05)∶1；所述混合的搅拌速度为100～1000rpm，时间为10～120min。本专利技术还提供了一种上述技术方案中所述的制备方法制得的高水氧阻隔性水性聚氨酯。本专利技术还提供了一种一种双组分聚氨酯胶，包括A组分和B组分；所述A组分包括上述技术方案中所述的高水氧阻隔性水性聚氨酯；所述B组分包括固化剂。优选的，所述固化剂为脂肪族二异氰酸酯多聚体和脂肪族二异氰酸酯预聚体中的一种或几种；所述固化剂中NCO基团与所述水性聚氨酯分散体中羟基的当量比为(0.2～5)∶1。本专利技术先采用阴离子表面活性剂对水滑石插层修饰，再加入氧化石墨进行超声处理，形成氧化石墨烯和剥离的水滑石纳米片这两种二维纳米片，表面带有大量含氧官能团的氧化石墨烯与显示正电性的水滑石纳米片在静电作用驱动下，自组装形成了一种松散的有序复合结构，即石墨烯-水滑石自组装体；再将上述自组装体与水性聚氨酯分散体混合，从而得到高水氧阻隔性水性聚氨酯分散液。其中，石墨烯-水滑石自组装体形成更加复杂曲折的特殊防扩散渗透路径，抑制了水、氧的侵入，能够有效提升水氧阻隔性，而且，能够使水性聚氨酯分散液具有良好的成膜及粘结性。试验结果表明，本专利技术提供的水性聚氨酯分散液能够使胶膜的剥离强度在8.5N/cm以上，水汽透过率在0.25g.cm-2.day-1以下，氧气透过率在0.2cm3.cm-2.day-1以下。具体实施方式本专利技术提供了一种高水氧阻隔性水性聚氨酯的制备方法，包括以下步骤：a)将水滑石与阴离子表面活性剂在水中反应，得到有机插层修饰的水滑石分散液；b)将所述有机插层修饰的水滑石分散液与氧化石墨混合并超声处理，得到石墨烯-水滑石自组装体；c)将所述石墨烯-水滑石自组装体与水性聚氨酯分散体混合，得到高水氧阻隔性水性聚氨酯。本专利技术先采用阴离子表面活性剂对水滑石插层修饰，再加入氧化石墨进行超声处理，形成氧化石墨烯和剥离的水滑石纳米片这两种二维纳米片，表面带有大量含氧官能团的氧化石墨烯与显示正电性的水滑石纳米片在静电作用驱动下，自组装形成了一种松散的有序复合结构，即石墨烯-水滑石自组装体；再将上述自组装体与水性聚氨酯分散体混合，从而得到高水氧阻隔性水性聚氨酯分散液。其中，石墨烯-水滑石自组装体形成更加复杂曲折的特殊防扩散渗透路径，抑制了水、氧的侵入，能够有效提升水氧阻隔性，而且，能够使水性聚氨酯分散液具有良好的成膜及粘结性。关于步骤a)：将水滑石与阴离子表面活性剂在水中反应，得到有机插层修饰的水滑石分散液。本专利技术中，所述水滑石是一种阴离子型二维层状材料，其层板由两种不同价态的金属氢氧化物形成，层板的层间有无机阴离子，所述无机阴离子包括CO32-、NO3-或Cl-。本专利技术中，所述水滑石包括但不限于镁铝水滑石，其层间的阴离子为CO32-。本专利技术对所述水滑石的来源没有特殊限制，为一般市售品即可。本专利技术中，所述阴离子表面活本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高水氧阻隔性水性聚氨酯的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/na)将水滑石与阴离子表面活性剂在水中反应，得到有机插层修饰的水滑石分散液；/nb)将所述有机插层修饰的水滑石分散液与氧化石墨混合并超声处理，得到石墨烯-水滑石自组装体；/nc)将所述石墨烯-水滑石自组装体与水性聚氨酯分散体混合，得到高水氧阻隔性水性聚氨酯。/n

【技术特征摘要】
1.一种高水氧阻隔性水性聚氨酯的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
a)将水滑石与阴离子表面活性剂在水中反应，得到有机插层修饰的水滑石分散液；
b)将所述有机插层修饰的水滑石分散液与氧化石墨混合并超声处理，得到石墨烯-水滑石自组装体；
c)将所述石墨烯-水滑石自组装体与水性聚氨酯分散体混合，得到高水氧阻隔性水性聚氨酯。


2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述水滑石与氧化石墨的质量比为(0.5～20)∶1。


3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤a)中，所述水滑石与阴离子表面活性剂的质量比为1∶(0.1～2)；
所述水滑石与水的质量比为1∶(10～100)。


4.根据权利要求1或3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤a)中，所述阴离子表面活性剂选自羧酸盐型表面活性剂、磺酸盐型表面活性剂和硫酸酯盐型表面活性剂中的一种或几种；
所述反应的温度为70～100℃，时间为1～24h。


5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述步骤b)中，所述超声处理的功率为...

【专利技术属性】
技术研发人员：张义，张俊学，
申请(专利权)人：上海蒂姆新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31