【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于高性能水性聚氨酯领域，特别涉及一种基于阳离子-π作用的透明水性聚氨酯乳液及其制备与应用。
技术介绍
1、水性聚氨酯涂料是一种以水为溶剂的绿色环保涂料，相对于传统有机溶剂型涂料，具有无毒、无污染、低挥发性等优点。随着水性聚氨酯涂料的不断研究和发展，其在汽车、建筑、家具等领域有着广泛的应用前景。然而，目前水性聚氨酯涂料的研究仍然面临着一些挑战。水性聚氨酯涂料在性能上有一定的局限性。相较于传统的有机溶剂型聚氨酯涂料，水性聚氨酯涂料的机械性能、耐候性、硬度、附着力等性能还有待提高。构建可逆非共价物理交联网络是一种提高材料的机械性能的策略，同时可以赋予材料自修复性能，延长材料的使用寿命。然而，多数非共价相互作用较弱，对材料的增强作用并不突出，很难达到高机械性能和优异自修复性能的相对统一。综上所述，研究制备一种基于非共价相互作用的高性能水性聚氨酯涂料，最大程度上利用非共价相互作用的增强效果并且保持其赋予材料的优异自修复性能极为重要。制备具有良好自修复性能和优异机械性能的材料对水性聚氨酯涂料领域也具有重大意义。
2、中国专利技术专利公开文本cn 114369224a公开了一种基于酰腙键和多重氢键双驱动的自愈合水性聚氨酯涂料，两种非共价作用协同增强了材料的机械性能。尽管其自修复效率最高可达99.4％，但其拉伸强度最高也只有31.7mpa。
技术实现思路
1、为了克服上述现有技术的缺点与不足，本专利技术的首要目的在于提供一种基于阳离子-π作用的透明水性聚氨酯乳液的制备方法。
2、本专利技术另一目的在于提供上述方法制备的透明水性聚氨酯乳液。
3、本专利技术再一目的在于提供上述透明水性聚氨酯乳液制备的透明水性聚氨酯薄膜。
4、本专利技术再一目的在于提供上述透明水性聚氨酯薄膜作为透明防护薄膜的应用。
5、本专利技术的目的通过下述方案实现：
6、一种基于阳离子-π作用的透明水性聚氨酯乳液的制备方法，包括以下步骤
7、1)聚碳酸酯二醇与二异氰酸酯混合搅拌，加入催化剂，继续搅拌，得到预聚物；
8、2)将亲水扩链剂加入预聚物中，搅拌，得到含亲水基团的中间产物；
9、3)加入联苯胺，搅拌，加入溶剂调节粘度；
10、4)加入三乙胺进行中和；
11、5)将有机钾盐用水溶解，随后加入步骤4)所得溶液中，搅拌，将得到的乳液旋蒸除去溶剂，得到水性聚氨酯乳液。
12、步骤1)所述聚碳酸酯二醇为pcdl1000、pcdl2000中的至少一种。
13、步骤1)所述二异氰酸酯为六亚甲基二异氰酸酯(hdi)、异佛尔酮二异氰酸酯(ipdi)、4,4’-二苯基甲烷二异氰酸酯(mdi)、4,4’-二环己基甲烷二异氰酸酯(hmdi)、甲苯二异氰酸酯(tdi)中的至少一种。
14、步骤1)所述二异氰酸酯与聚碳酸酯二醇的摩尔比为2～3:1。
15、步骤1)所述催化剂为辛酸亚锡、油酸亚锡、二月桂酸二丁基锡中的至少一种，催化剂添加量为多元醇质量的0.025％～0.2％。
16、步骤1)所述聚碳酸酯二醇在混合搅拌前进行除水处理，具体为将聚碳酸酯二醇置于真空中，110～120℃下除水1～3h，除去聚碳酸酯二醇中的水以及其他小分子物质，备用。
17、步骤1)所述混合搅拌的温度为80～90℃，混合搅拌的时间为0.5～1.5h，所述继续搅拌的时间为2.5～4h。
18、步骤1)所述混合搅拌在n2或ar气氛下进行。
19、步骤2)所述亲水扩链剂为二羟甲基丙酸、二羟甲基丁酸、乙二胺基乙磺酸钠的至少一种。
20、步骤2)所述亲水扩链剂与步骤1)中二异氰酸酯的摩尔比为1：10～2：5。
21、步骤2)所述搅拌的温度是70～80℃，搅拌的时间为1.5～2.5h。
22、步骤3)所述联苯胺为邻联甲苯胺、间联甲苯胺、3,3’-二甲氧基联苯胺中的至少一种。
23、步骤3)所述溶剂为丁酮、丙酮、n,n-二甲基甲酰胺中的至少一种。
24、步骤3)所述联苯胺步骤1)中二异氰酸酯的摩尔比为1：10～2：5。
25、步骤3)所述溶剂与联苯胺的摩尔比是5：1～20：1。
26、步骤3)所述搅拌的温度是40～50℃，搅拌的时间为2.5～3.5h。
27、步骤2)所述亲水扩链剂与步骤3)所述联苯胺的摩尔比为0～5:0～5。
28、步骤4)所述三乙胺与步骤2)所述亲水扩链剂的摩尔比是1：1。
29、步骤4)所述中和的温度为25～35℃；所述中和的搅拌时间为0.5～1h。
30、步骤5)所述有机钾盐包括乙酸钾、丙酸钾、乳酸钾、柠檬酸钾中的至少一种。
31、步骤5)所述有机钾盐与步骤3)所述联苯胺的摩尔比为0～1:1，优选为0.125～1:1。
32、步骤5)所述水与二异氰酸酯的摩尔比为50～100：1。
33、步骤5)所述搅拌的温度是25～35℃，搅拌的速度是1000r/min～1500r/min搅拌的时间为0.5～1h。
34、一种由上述方法制备得到的透明水性聚氨酯乳液。
35、一种透明水性聚氨酯薄膜，由上述透明水性聚氨酯乳液固化成型得到。
36、所述固化成型为将透明水性聚氨酯乳液涂覆在基材上固化成型或者将透明水性聚氨酯乳液浇铸到硅胶模具中风干固化。
37、所述基材为50#钢板、环氧板、电木板、pc板、玻璃板、亚克力板中的一种。
38、所述涂覆在基材上固化成型的条件为在鼓风烘箱中100～130℃下烘烤0.1～0.5h；所述风干固化的条件为室温风干24h～72h，然后在鼓风烘箱中80～100℃下烘烤6～12h，风干固化所得透明水性聚氨酯薄膜的厚度为0.5～1mm。
39、上述透明水性聚氨酯薄膜作为透明防护薄膜的应用。
40、本专利技术的机理为：
41、阳离子-π作用的引入在聚合物之中构建了物理交联网络，提高了材料的刚度，增强了其抵御破坏的能力，对水性聚氨酯薄膜的力学性能有提升效果。除此之外，体系中丰富的π-π堆积作用和可逆阳离子-π作用使聚合物链段获得克优异的动态性。因此，在温和的条件下薄膜也表现出优异的自修复性能。此外，通过调节分子链的结构控制水性聚氨酯薄膜的微区尺寸，使得聚脲薄膜能够在可见光范围内保持高透光率。
42、本专利技术相对于现有技术，具有如下的优点及有益效果：
43、1)本专利技术得到的水性聚氨酯薄膜同时兼顾聚脲薄膜的机械性能、自修复性能和透明性，所制备的聚氨酯薄膜拉伸强度达66mpa，具有良好的表面硬度(铅笔硬度2h，弹性模量121.8mpa)，对常见基材都有良好的附着力，且在高硬度的同时保持高柔韧性(0.5mm)，透光率高(84.9％)。在60℃下修复12h后最高可以表现出98％的划痕修复效率，除此之外还有良好的耐水性。...
【技术保护点】
1.一种基于阳离子-π作用的透明水性聚氨酯乳液的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述基于阳离子-π作用的透明水性聚氨酯乳液的制备方法，其特征在于：
3.根据权利要求1所述基于阳离子-π作用的透明水性聚氨酯乳液的制备方法，其特征在于：
4.根据权利要求1所述基于阳离子-π作用的透明水性聚氨酯乳液的制备方法，其特征在于：
5.根据权利要求1所述基于阳离子-π作用的透明水性聚氨酯乳液的制备方法，其特征在于：
6.根据权利要求1所述基于阳离子-π作用的透明水性聚氨酯乳液的制备方法，其特征在于：
7.根据权利要求1所述基于阳离子-π作用的透明水性聚氨酯乳液的制备方法，其特征在于：
8.一种由权利要求1-7任一项所述方法制备得到的透明水性聚氨酯乳液。
9.一种透明水性聚氨酯薄膜，由权利要求8所述透明水性聚氨酯乳液固化成型得到，其特征在于：
10.权利要求9所述透明水性聚氨酯薄膜作为透明防护薄膜的应用。
【技术特征摘要】
1.一种基于阳离子-π作用的透明水性聚氨酯乳液的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述基于阳离子-π作用的透明水性聚氨酯乳液的制备方法，其特征在于：
3.根据权利要求1所述基于阳离子-π作用的透明水性聚氨酯乳液的制备方法，其特征在于：
4.根据权利要求1所述基于阳离子-π作用的透明水性聚氨酯乳液的制备方法，其特征在于：
5.根据权利要求1所述基于阳离子-π作用的透明水性聚氨酯乳液的制备方法，其特...
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