一种金属漆用介孔分子筛/水性聚氨酯复合乳液的制备方法技术

一种金属漆用介孔分子筛/水性聚氨酯复合乳液的制备方法，按质量份数计，称量低聚物二元醇13～24份，二异氰酸酯化合物12～22份，SBA‑15介孔分子筛0.05～0.5份，扩链剂3～10份，成盐剂2～5份以及去离子水40～60份；将低聚物二元醇真空脱水后加入二异氰酸酯化合物和SBA‑15介孔分子筛，升温至75～95℃，反应2～4h，然后加入扩链剂、催化剂和有机溶剂后，在58～80℃下反应4～6h，再加成盐剂、离子水乳化，最后真空脱除有机溶剂，得到金属漆用介孔分子筛/水性聚氨酯复合乳液。本发明专利技术所制备的复合乳液以水为溶剂，具有粘结力大，耐热性好，无毒无味，绿色环保的优点，可广泛应用于水性金属漆。

Process for preparing mesoporous molecular sieve / aqueous polyurethane composite emulsion for metallic paint

The preparation method of mesoporous molecular sieve / a metallic waterborne polyurethane emulsion, according to the quality of the number of copies, weighing 13 ~ 24 oligomer diol, diisocyanate compounds 12 ~ 22, SBA 15 mesoporous molecular sieve from 0.05 to 0.5, 3 to 10 portions of the chain extender, salt forming agent from 2 to 5 and 40 to 60 parts of deionized water; the oligomer diol vacuum dehydration after adding diisocyanate compounds and SBA 15 mesoporous molecular sieve, heated to 75 to 95 DEG C, the reaction of 2 ~ 4h, and then adding chain extender, catalyst and organic solvent, in 58 ~ 80 DEG C ~ 4 6h, add salt forming agent, ion water emulsion, finally vacuum removing the organic solvent, obtained by using mesoporous molecular sieve / metallic waterborne polyurethane emulsion. The composite emulsion prepared by the invention uses water as a solvent and has the advantages of large adhesive force, good heat resistance, non-toxic, tasteless, green and environmental protection, and can be widely used in water borne metallic paint.

【技术实现步骤摘要】
一种金属漆用介孔分子筛/水性聚氨酯复合乳液的制备方法
本专利技术涉及高分子材料
，尤其涉及一种金属漆用介孔分子筛/水性聚氨酯复合乳液的制备方法。
技术介绍
水性金属漆是一种环保的金属用漆，因其用水作为溶剂，施工方便，近年来应用范围逐年扩大，发展迅猛。优质的金属漆应具备安全环保，良好的施工性，快干，漆膜光亮，良好的耐候性等性能。市场上现有的水性金属漆存在分散困难，储存稳定性差，涂膜附着力差，容易脱落，防锈功能不持久。水性金属漆的性能首先由水性树脂的性能决定，选择一款性能优异的水性树脂是关键，其次加入具有一定防锈功能的颜填料和助剂，可以进一步增加防锈功能，目前市场上的金属漆大多选用水性丙烯酸树脂或者双组份聚氨酯。申请号为CN201510020106.2，名称为“金属水性漆”的专利技术，该专利技术公开了一种金属水性漆及其制备方法，采用水性丙烯酸乳液作为成膜树脂。此专利技术漆虽然耐候性好，抗老化能力强，但是水性丙烯酸树脂柔韧性不佳，交联度不够，耐热性不好。申请号为CN201510318650.5，名称为“一种组份型聚氨酯共聚体金属用有色水性漆”的专利技术，该专利技术公开了一种组份型聚氨酯共聚体金属用有色水性漆，底层漆和面层漆均采用甲乙丙三组份制成，其中成膜树脂选择水性聚氨酯树脂和水性醇酸树脂混合。此专利技术漆虽然附着力强、硬度高、使用寿命长，环境友好，但是组分型工艺麻烦，不易施工。水性聚氨酯以水代替有机溶剂，绿色环保，具有无毒、不燃、对环境友好等特点，可以在水性金属漆领域推广。但是水性聚氨酯合成过程要引入亲水基团，交联度不高，耐热性不好，胶膜强度低，成为大规模应用的技术瓶颈。水性聚氨酯/纳米复合材料因具有良好的性能，逐渐受到研究者广泛关注。许多纳米材料，包括碳纳米管、纳米二氧化硅、蒙脱土等都被用于提高水性聚氨酯材料的综合性能。介孔分子筛具有长程有序的孔结构、孔径分布窄并可以调变、高孔隙率、大比表面积以及表面含端经基等这些独特的结构特征及性质，近年来成为材料研究领域热点之一。作为新型的无机材料，介孔分子筛的研究主要集中于催化、分离、生物和纳米材料等方面，但将其作为一种无机填充材料与水性聚氨酯复合作为水性金属漆用树脂的研究开展得较少。
技术实现思路
为了克服以上问题，本专利技术的目的是提供一种金属漆用介孔分子筛/水性聚氨酯复合乳液的制备方法，该法采用具有高比表面积、大孔体积和均匀孔径特点的介孔分子筛和水性聚氨酯复合制得乳液，提高了聚氨酯的附着力和力学性能，并且工艺简单，涂膜室温下干燥速度快，附着力佳，适于水性金属漆树脂。为实现上述目标，本专利技术采用以下技术方案来实现：一种金属漆用介孔分子筛/水性聚氨酯复合乳液的制备方法，按质量份数计，称量低聚物二元醇13～24份，二异氰酸酯化合物12～22份，SBA-15介孔分子筛0.05～0.5份，扩链剂3～10份，成盐剂2～5份以及去离子水40～60份；将低聚物二元醇真空脱水后加入二异氰酸酯化合物和SBA-15介孔分子筛，经超声处理后升温至75～95℃，反应2～4h，得到水性预聚物；然后向水性预聚物中加入扩链剂、催化剂和有机溶剂后，在58～80℃下继续反应4～6h，降至室温，再加入成盐剂后，在搅拌下加入去离子水乳化，最后真空脱除有机溶剂，得到金属漆用介孔分子筛/水性聚氨酯复合乳液。本专利技术进一步的改进在于，SBA-15介孔分子筛通过以下方法制备：将嵌段共聚物表面活性剂P123溶解在水中，然后调节pH值为2-3，35～40℃下电动搅拌至溶液清亮，然后加入硅源，35～40℃电动搅拌18～24h，得到混合液，将该混合液转移到聚四氟乙烯反应釜中，在120～125℃静态水热条件下结晶48～60h，收集结晶产物，过滤并用去离子水冲洗，室温真空干燥后500～520℃煅烧，去除有机嵌段共聚物表面活性剂P123，得到SBA-15介孔分子筛；其中，嵌段共聚物表面活性剂P123、水、盐酸、硅源的质量比为8:240:126:17。本专利技术进一步的改进在于，硅源为正硅酸甲酯、正硅酸乙酯、正硅酸丙酯、正硅酸丁酯中的一种。本专利技术进一步的改进在于，低聚物二元醇的分子量为800～2000；二异氰酸酯化合物为甲苯二异氰酸、4，4'－二苯基甲烷二异氰酸酯、苯二亚甲基二异氰酸酯中的一种或两种任意配比的混合物。本专利技术进一步的改进在于，低聚物二元醇为聚四氢呋喃二元醇、聚己内酯二元醇、聚己二酸丁二醇酯二醇中的一种或两种任意配比的混合物。本专利技术进一步的改进在于，扩链剂为二元醇亲水扩链剂或三元醇扩链剂；催化剂为二月桂酸二丁基锡、环烷酸锡、环烷酸铋中的一种或多种。本专利技术进一步的改进在于，二元醇亲水扩链剂为二羟甲基丙酸、二羟甲基丁酸中的一种或两种任意配比的混合物；三元醇扩链剂为蓖麻油、三羟甲基丙烷中的一种或两种任意配比的混合物；催化剂的质量为低聚物二元醇、二异氰酸酯化合物、SBA-15介孔分子筛以及扩链剂总质量的1～1.5％。本专利技术进一步的改进在于，有机溶剂为丙酮或丁酮；有机溶剂的质量为低聚物二元醇、二异氰酸酯化合物、SBA-15介孔分子筛以及扩链剂总质量的50％；成盐剂为三乙胺、三丁胺、二乙烯三胺中的一种或两种任意配比的混合物。本专利技术进一步的改进在于，乳化是在室温下通过搅拌实现的，搅拌的速度为700～800rmp，搅拌的时间为0.5～1h。本专利技术进一步的改进在于，脱水是在110～120℃下真空脱水1～2h；超声处理的功率为60W，时间为30～50min。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术将低聚物二元醇和介孔分子筛在控温水浴里超声混合后，真空脱水，然后加入多异氰酸酯化合物制备出异氰酸酯封端预聚物，再加入亲水扩链剂，待反应结束降至室温加入成盐剂中和，然后在缓慢加入离子水乳化成水基树脂，真空脱除有机溶剂，所得产品即为一种金属漆用介孔分子筛/水性聚氨酯复合乳液。本专利技术的制备方法简单，易于实现。由于本专利技术中采用的SBA-15介孔分子筛是利用有机模板合成的硅基介孔分子筛，SBA-15介孔分子筛的无机相与有机基体牢固结合，使无机粒子与树脂基体间的界面粘结作用得到明显增强，很好的改善纳米介孔分子筛以及与水性聚氨酯树脂的相容性，提高了材料交联度，使复合乳液柔韧性和耐热性大幅度提高。本专利技术制备的介孔分子筛/水性聚氨酯复合乳液作为金属漆用树脂，相比于组分型工艺，此单组份易施工，且以水作为溶剂，不含有毒的有机溶剂，无刺激性气味，环境友好，并且具有室温表干速度快，透明度好，光泽度高，附着力好的特点，适合流水线的生产方式，可广泛应用于金属领域的涂装，涂装效率高，适合喷涂、淋涂等多种方式。进一步的，SBA-15介孔分子筛是利用有机模板合成的硅基介孔分子筛，本专利技术中所采用的模板为P123，属于环氧丙烷和环氧乙烷的嵌段聚合物，端基为羟基。有机模板填充在分子筛的孔道内，采用预聚法将端羟基与聚氨酯链通过-NCO基团反应而接枝成SBA-15/WPU分子筛复合材料。附图说明图1为介孔分子筛的扫描电镜照片(SEM)。图2为介孔分子筛透射电镜照片(TEM)。图3为介孔分子筛红外图谱(FT-IR)。图4为水性聚氨酯和介孔分子筛/水性聚氨酯复合膜的红外谱图(FT-IR)。图5为水性聚氨酯和介孔分子筛/水性聚氨酯复合膜的扫描电镜(SEM)，放大倍率12000倍。图6为水性聚氨酯和介孔分子本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种金属漆用介孔分子筛/水性聚氨酯复合乳液的制备方法，其特征在于，按质量份数计，称量低聚物二元醇13～24份，二异氰酸酯化合物12～22份，SBA‑15介孔分子筛0.05～0.5份，扩链剂3～10份，成盐剂2～5份以及去离子水40～60份；将低聚物二元醇真空脱水后加入二异氰酸酯化合物和SBA‑15介孔分子筛，经超声处理后升温至75～95℃，反应2～4h，得到水性预聚物；然后向水性预聚物中加入扩链剂、催化剂和有机溶剂后，在58～80℃下继续反应4～6h，降至室温，再加入成盐剂后，在搅拌下加入去离子水乳化，最后真空脱除有机溶剂，得到金属漆用介孔分子筛/水性聚氨酯复合乳液。

【技术特征摘要】
1.一种金属漆用介孔分子筛/水性聚氨酯复合乳液的制备方法，其特征在于，按质量份数计，称量低聚物二元醇13～24份，二异氰酸酯化合物12～22份，SBA-15介孔分子筛0.05～0.5份，扩链剂3～10份，成盐剂2～5份以及去离子水40～60份；将低聚物二元醇真空脱水后加入二异氰酸酯化合物和SBA-15介孔分子筛，经超声处理后升温至75～95℃，反应2～4h，得到水性预聚物；然后向水性预聚物中加入扩链剂、催化剂和有机溶剂后，在58～80℃下继续反应4～6h，降至室温，再加入成盐剂后，在搅拌下加入去离子水乳化，最后真空脱除有机溶剂，得到金属漆用介孔分子筛/水性聚氨酯复合乳液。2.根据权利要求1所述的一种金属漆用介孔分子筛/水性聚氨酯复合乳液的制备方法，其特征在于，SBA-15介孔分子筛通过以下方法制备：将嵌段共聚物表面活性剂P123溶解在水中，然后调节pH值为2-3，35～40℃下电动搅拌至溶液清亮，然后加入硅源，35～40℃电动搅拌18～24h，得到混合液，将该混合液转移到聚四氟乙烯反应釜中，在120～125℃静态水热条件下结晶48～60h，收集结晶产物，过滤并用去离子水冲洗，室温真空干燥后500～520℃煅烧，去除有机嵌段共聚物表面活性剂P123，得到SBA-15介孔分子筛；其中，嵌段共聚物表面活性剂P123、水、盐酸、硅源的质量比为8:240:126:17。3.根据权利要求2所述的一种金属漆用介孔分子筛/水性聚氨酯复合乳液的制备方法，其特征在于，硅源为正硅酸甲酯、正硅酸乙酯、正硅酸丙酯、正硅酸丁酯中的一种。4.根据权利要求1所述的一种金属漆用介孔分子筛/水性聚氨酯复合乳液的制备方法，其特征在于，低聚物二元醇的分子量为800～2000；二异...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜娟，黄卓楠，
申请(专利权)人：宝鸡文理学院，
类型：发明
国别省市：陕西,61