一种阳离子水性聚氨酯／有机蒙脱土复合树脂及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种阳离子水性聚氨酯／有机蒙脱土复合树脂，它是利用含有羟基官能团的有机蒙脱土作为改性剂，与聚合物多元醇和蓖麻油在超声波匀浆器中混合一段时间，然后真空条件下脱去混合物中的水分，再加入多异氰酸酯制备出ＮＣＯ封端预聚物，然后加入阳离子型亲水单体甲基二乙醇胺，向聚氨酯分子链引入亲水性官能团。反应结束后，加入小分子量的二元醇进行扩连反应。待反应结束后加入乙酸中和聚氨酯分子主链上的叔氮原子形成铵基阳离子。加水乳化后，蒸馏脱除低分子量溶剂如丙酮等，即可得到阳离子水性聚氨酯／有机蒙脱土复合树脂。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及化工产品
，尤其涉及。
技术介绍
聚氨酯是一类分子链中含有氨基甲酸酯基团的聚合物。聚氨酯是有含有活性氢原 子的分子与含有异氰酸酯基团的分子反应而成的。含有羟基原子的低聚物分子有聚醚多元 醇、聚酯多元醇等构成了聚氨酯大分子链中的软段，为大分子提供柔韧性和伸縮性。含有异 氰酸酯基团的分子与小分子扩链剂(二元醇、二元胺)反应在聚氨酯大分子中形成硬段，为 大分子提供强度。聚氨酯具有高强度、耐磨性、耐低温性、耐油性、耐化学品性能优异等特 点，广泛应用于胶黏剂、橡胶、涂料、合成革、合成纤维、重防腐工程等领域，几乎渗透到了国 民经济各个部门。 水性聚氨酯是将聚氨酯大分子溶解到或自分散到水中，形成均一稳定的分散体 系。其制备方法经历了外乳化法到自乳化法的发展历程。所谓外乳化法是在乳化剂的作用 下，将聚氨酯大分子分散到水中，形成聚氨酯树脂，该树脂颗粒较大，颗粒表面有小分子乳 化剂的存在，影响成膜后聚氨酯制品的性能，但其耐水性与溶剂型聚氨酯差别不大。自乳化 法是将含有亲水基团的小分子引入到聚氨酯大分子中，增强聚氨酯大分子的亲水性，在聚 氨酯乳化过程中，经历了油包水、相转变、水包油的过程。能够得到均一稳定的水性聚氨酯 树脂，但因大分子链上含有亲水基团，成膜后涂膜的耐水性不如溶剂型聚氨酯产品。如何在 保证乳液均一稳定的前提下，提高制品的耐水性是当前研究的热点问题。 20世纪80年代末期，日本丰田研究中心的0kada等人在研究尼龙6/粘土复合材 料时，使用阳离子表面活性剂烷基季铵盐对粘土进行了有机化处理，然后将有机化后的粘 土与己内酰胺单体混合并引发聚合反应。通过这种方法，他们得到了粘土以纳米级尺寸分 散在尼龙6基体中的纳米复合材料。通过小角X射线衍射等手段对这种材料的结构进行分 析，确认了它的结构是尼龙6的大分子链插入了粘土的片层之间，使得粘土的片层间距显著 增大，每一个单独的片层得以均匀地分散在尼龙6的基体之中。这种体系是典型的插层结 构，0kada等人也将他们使用的技术称为插层聚合技术(IntercalativePolymerization)。 由于这种材料真正实现了无机相在有机基体中的纳米级均匀分散、有机与无机相界面强的 结合，因而与传统的聚合物/无机填料复合材料相比，具有它们无法比拟的优点。正是基于 它们的优异特性，在0kada等人首先合成了聚酰胺6/层状硅酸盐纳米复合材料后，此类聚 合物/层状硅酸盐纳米复合材料受到了极大的关注。国内外对PLS纳米复合材料的研究异 常活跃，日本丰田研究发展中心、美国Cornell大学、Michigan州立大学和中国科学院化学 研究所等单位对这种新型的复合材料进行了大量的研究工作，先后制备出聚酰胺、聚酯、聚 烯烃/粘土等PLS纳米复合材料，得到了性能优良的聚合物基纳米复合材料，其中有些材料 已经由实验室走向工业生产并得到了应用。 随着世界各国环保法对挥发性有机化合物(V0C)含量的限制以及人们环保意识 的增强，世界各国的科研人员致力于开发高性能水基聚氨酯产品来替代溶剂型聚氨酯产 品，以保护日益恶化的生存环境。但现在还没有出现具有耐水性和耐溶剂性作用均良好的 环保型树脂。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的不足，提供一种利用蒙脱土 作为聚氨酯基体材料的增强体，改善水性聚氨酯树脂的机械性能、耐水性、耐溶剂性的一种 阳离子水性聚氨酯/蒙脱土复合树脂。 本专利技术所要解决的另一技术问题是针对现有技术存在的不足提供一种阳离子水 性聚氨酯/蒙脱土复合树脂的制备方法。 为解决上述技术问题，本专利技术的技术方案是一种阳离子水性聚氨酯/有机蒙脱土复合树脂，由以下重量配比的各组份混合而成 阳离子水性聚氨酯/蒙脱土预聚物 25-40份 水 60-75份。 所述阳离子水性聚氨酯/蒙脱土预聚物是由活性有机蒙脱土、含有异氰酸酯基团的化合物和含有羟基的化合物制备而成的。 所述的含有异氰酸酯基团的化合物包括芳香族、脂肪族或脂环族的二异氰酸酯化 合物。 所述的含有羟基的化合物包括大分子端羟基聚合物、大分子含羟基天然产物和小 分子端羟基化合物。 所述的大分子端羟基聚合物为聚醚多元醇、聚酯多元醇、聚碳酸酯多元醇、聚縮醛 二元醇、聚酯聚酰胺二元醇、聚硫醚二元醇或聚酰胺二元醇。 所述的小分子端羟基化合物是小分子二元醇、小分子二元胺或阳离子源化合物。 所述的大分子含羟基天然产物包括蓖麻油、橄榄油、椰子油、棕榈油、花生油、向日 葵油、大豆油或菜子油。 所述的有机酸为乙酸、丙酸、草酸或乳酸。 所述的低沸点溶剂为丙酮，丁酮，甲乙酮或二氧六环。 制备上述树脂的方法是 (1) 1-5质量份的含羟基活性蒙脱土在IO(TC下与蓖麻油和聚合物多元醇超声搅 拌分散2-6小时后，用真空泵在IO(TC下脱去混合物中的水份； (2)将脱水处理的混合物降温到6(TC以下，然后加入二异氰酸酯化合物，在 80-9(TC之间反应1. 5-3h，得到异氰酸酯封端的复合预聚体； (3)然后加入阳离子源小分子端羟基聚合物化合物进行第一次扩链反应，反应过 程中，根据体系的粘度适时加入丙酮稀释，在50-6(TC之间保温2-4h ; (4)之后加入小分子端羟基化合物和催化剂再次进行扩链反应，在50-6(TC之间 反应1. 5-3小时，反应结束后，降温到室温，滴加有机酸中和阳离子源化合物中的叔氮原 子； (5)室温下，在强剪切机械搅拌下，缓慢加入60-75质量份的去离子水进行乳化，加水完毕后继续慢速搅拌10-20min ; (6)乳化完毕后，真空脱除低沸点有机溶剂，得到的产品即为阳离子水性聚氨酯/ 蒙脱土复合树脂。 本专利技术取得的有益效果是本专利技术中利用含有羟基官能团的蒙脱土作为聚氨酯基 体材料的增强体，与聚合物多元醇和蓖麻油先在超声波匀浆器中混合一段时间，然后真空 条件下脱去混合物中的水分，再加入多异氰酸酯制备出氰酸酯封端预聚物，然后加入阳离 子型亲水单体甲基二乙醇胺，向聚氨酯分子链引入亲水性官能团，反应结束后，加入小分子量的二元醇进行扩连反应，待反应结束后加入乙酸中和聚氨酯分子主链上的叔氮原子形成 铵基阳离子，加水乳化后即可得到阳离子水性聚氨酯/有机蒙脱土复合树脂，这种复合树 脂是无毒无有机溶剂的环保型复合树脂。另外，由于蒙脱土具有很强的吸附能力和离子交 换能力，这些离子能够同含有季铵盐的有机化合物进行离子交换反应，经离子交换反应后 的蒙脱土为有机蒙脱土，层间距增大，层间作用力减弱，所以有利于聚氨酯大分子的插入， 形成插层结构或剥离结构，这样通过本专利技术在保证乳液均一稳定的前提下，可改善水性聚 氨酯树脂的机械性能、耐水性和耐溶剂性等。本专利技术应用于制备高性能粘合剂、室内外涂 料、家具木器漆、家电涂装涂料、丝织品改性、防火涂料、水性防腐涂料、纸张上光剂等需要 进行表面涂装的应用领域。具体实施方式 实施例一 —种阳离子水性聚氨酯/有机蒙脱土复合树脂，由以下重量配比的各组份混合而 成 阳离子水性聚氨酯/蒙脱土预聚物 25份 水 60份。 所述阳离子水性聚氨酯/蒙脱土预聚物是由活性有机蒙脱土、含有异氰酸酯基团 的化合物和含有羟基的化合物制备而成的。 蒙脱土 (匪T)是一种层状结构、层状结晶的硅酸盐粘土矿物质。蒙脱土晶体颗粒 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种阳离子水性聚氨酯／有机蒙脱土复合树脂，由以下重量配比的各组份混合而成：　　阳离子水性聚氨酯／蒙脱土预聚物　２５－４０份　　水　６０－７５份。

【技术特征摘要】
一种阳离子水性聚氨酯/有机蒙脱土复合树脂，由以下重量配比的各组份混合而成阳离子水性聚氨酯/蒙脱土预聚物25-40份水 60-75份。2. 根据权利要求l所述的一种阳离子水性聚氨酯/有机蒙脱土复合树脂，其特征在于所述阳离子水性聚氨酯/蒙脱土预聚物是由活性有机蒙脱土、含有异氰酸酯基团的化合物和含有羟基的化合物制备而成的。3. 根据权利要求2所述的一种阳离子水性聚氨酯/有机蒙脱土复合树脂，其特征在于所述的含有异氰酸酯基团的化合物包括芳香族、脂肪族或脂环族的二异氰酸酯化合物。4. 根据权利要求2所述的一种阳离子水性聚氨酯/有机蒙脱土复合树脂，其特征在于所述的含羟基的化合物包括大分子端羟基聚合物、大分子含羟基天然产物和小分子端羟基化合物。5. 根据权利要求4所述的一种阳离子水性聚氨酯/有机蒙脱土复合树脂，其特征在于所述的大分子端羟基聚合物为聚醚多元醇、聚酯多元醇、聚碳酸酯多元醇、聚縮醛二元醇、聚酯聚酰胺二元醇、聚硫醚二元醇或聚酰胺二元醇。6. 根据权利要求4所述的一种阳离子水性聚氨酯/有机蒙脱土复合树脂，其特征在于所述的小分子端羟基化合物是小分子二元醇、小分子二元胺或阳离子源化合物。7. 根据权利要求4所述的一种阳离子水性聚氨酯/有机蒙脱土复合树脂，其特征在于所述的大分子含羟基天然产物包括蓖麻油、橄榄油、椰子油、棕榈油、花生油、向日葵油、大豆油或菜子油...

【专利技术属性】
技术研发人员：李再峰，王胜军，李金艳，夏文强，李广志，
申请(专利权)人：青岛科技大学，山东斯泰普力高新建材有限公司，
类型：发明
国别省市：95[中国|青岛]