一种UV固化的二氧化硅纳米颗粒增强的生物基聚氨酯涂层的制备方法技术

一种UV固化的二氧化硅纳米颗粒增强的生物基聚氨酯涂层的制备方法，属于耐磨防护生物基涂层的技术领域。首先制备可UV固化的生物基水性聚氨酯涂料，然后制备表面含双键的二氧化硅纳米颗粒，最后将二氧化硅纳米颗粒加入生物基水性聚氨酯涂料中混合均匀，涂覆后UV固化，即得到UV固化的二氧化硅纳米颗粒增强的生物基聚氨酯涂层。本发明专利技术制备的涂层经过测试与表征，表现出高硬度、高耐磨性、良好的附着力和透明性，在耐磨防护生物基涂层领域显示出良好的应用前景。应用前景。应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种UV固化的二氧化硅纳米颗粒增强的生物基聚氨酯涂层的制备方法


[0001]本专利技术涉及一种UV固化的二氧化硅纳米颗粒增强的生物基聚氨酯涂层的制备方法，属于耐磨防护生物基涂层的


技术介绍

[0002]聚氨酯，通常是由异氰酸酯和多元醇生产的。由于其优异的耐化学性、弹性、生物降解性和机械性能，是目前合成产量排名世界第五的聚合物。然而，传统聚氨酯的生产和应用不可避免地会使用大量的有机溶剂，释放有害的空气污染物，从而导致环境问题和健康风险。随着日益严格的环境要求和立法压力，水性聚氨酯已经出现，并受到越来越多的关注。
[0003]最近，探索可再生资源作为化石原料的替代，开发新的水性聚氨酯，是对世界石油库存枯竭和日益上升的环境担忧的积极反应。其中，来源于生物的植物油因为其成本低，广泛的可用性和丰富性成为替代石油基多元醇合成聚氨酯的新选择。碳碳双键和甘油三酯结构(其中一些含有羟基、环氧基等)。提供了一种可将其化学修饰成水性聚氨酯单体的多功能平台。此外，甘油三酯结构和长不饱和脂肪酸链可以赋予水性聚氨酯优秀的柔性和热稳定性，但这也导致植物油水性聚氨酯材料相对较差的机械性能(硬度、耐磨性等)和热物理性能。
[0004]为了提高生物基水性聚氨酯的性能并扩展其实际应用，纳米颗粒增强已成为调节水性聚氨酯性能的常用策略之一。其中，二氧化硅纳米颗粒因其廉价、环保、尺寸小、硬度高、优良的机械强度，能够显著提高材料的摩擦学性能。但纳米填料由于其低表面能的特性极易发生团聚现象，在基体中的分散效果差，对材料的性能(表面平整度、透过率等)带来负面影响。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是克服上述不足之处，提供一种UV固化的二氧化硅纳米颗粒增强的生物基聚氨酯涂层的制备方法，合成了一种具有透明、高机械性能的生物基水性聚氨酯涂料，涂层表现出优异的硬度和耐磨性、良好的透明性，适用于各种基材表面。
[0006]本专利技术的技术方案，一种UV固化的二氧化硅纳米颗粒增强的生物基聚氨酯涂层的制备方法，首先制备UV固化的生物基水性聚氨酯涂料，然后制备表面含双键的二氧化硅纳米颗粒，最后将二氧化硅纳米颗粒加入生物基水性聚氨酯涂料中混合均匀，涂覆后UV固化，即得到UV固化的二氧化硅纳米颗粒增强的生物基聚氨酯涂层。
[0007]进一步地，具体步骤如下：
[0008](1)UV固化的生物基水性聚氨酯涂料的制备：将生物多元醇1、生物多元醇2、自乳化剂和异氰酸酯在200
‑
400r/min搅拌速率下搅拌混合，然后升温至40
‑
50℃，加入催化剂1，继续升温至60
‑
70℃，加入溶剂1调节混合物粘度以维持搅拌速率，持续反应4h；反应期间根
据混合物粘度大小补加溶剂1调节粘度以维持搅拌速率，3
‑
5h后加入活性稀释剂反应1
‑
3h，然后停止加热冷却至室温；加入中和成盐剂搅拌20
‑
40min；最后加入溶剂2，搅拌速率调至800
‑
1200r/min高速搅拌1h；所得乳液50
‑
60℃旋蒸30
‑
40min去除溶剂1，即得到UV固化的生物基水性聚氨酯涂料；
[0009](2)表面含双键的二氧化硅纳米颗粒的制备：将溶剂3、二氧化硅纳米颗粒成核剂、硅烷偶联剂和溶剂2加入到反应容器中；滴加催化剂2，在200
‑
400r/min磁力搅拌下室温水解反应5h，得到表面含双键的二氧化硅纳米颗粒溶剂3分散液；
[0010](3)涂层光固化：将步骤(2)制备的二氧化硅纳米颗粒溶剂3分散液全部倒入步骤(1)中的生物基水性聚氨酯涂料中，1000
‑
1200r/min搅拌速率下室温搅拌30
‑
60min，再加入光引发剂，避光40
‑
120KHz超声20
‑
40min；将超声分散完的涂料涂覆在载体上，室温下避光风干；将涂膜放入UV固化机中固化45
‑
60s，即得UV固化的二氧化硅纳米颗粒增强的生物基聚氨酯涂层。
[0011]进一步地，步骤(1)所述生物多元醇1具体为蓖麻油；
[0012]所述生物多元醇2具体异山梨醇；
[0013]所述自乳化剂具体为2，2
‑
二羟甲基丙酸DMPA和/或2,2
‑
二羟甲基丁酸DMBA；
[0014]所述异氰酸酯具体为异佛尔酮二异氰酸酯IPDI、六亚甲基二异氰酸酯HDI、甲苯二异氰酸酯TDI、二苯基甲烷二异氰酸酯MDI、二环己基甲烷二异氰酸酯HMDI等二异氰酸酯中的至少一种。
[0015]进一步地，步骤(1)所述催化剂1具体为二月桂酸二丁基锡DBTDL；
[0016]所述溶剂1具体为丙酮和/或2
‑
丁酮；
[0017]所述活性稀释剂具体为季戊四醇三丙烯酸酯PETA和/或甲基丙烯酸羟乙酯HEMA；
[0018]所述中和成盐剂具体为三乙胺TEA；
[0019]所述溶剂2具体为去离子水。
[0020]进一步地，步骤(2)所述溶剂3具体为乙醇；
[0021]所述二氧化硅纳米颗粒成核剂具体为正硅酸乙酯(TEOS)；
[0022]所述硅烷偶联剂具体为3
‑
(三甲氧基甲硅基)甲基丙烯酸丙酯(KH570)；
[0023]所述催化剂2具体为氨水或盐酸。
[0024]进一步地，所述光引发剂具体为光引发剂1173和/或超光引发剂184。
[0025]进一步地，步骤(1)中将0.01
‑
0.005mol生物多元醇1、0
‑
0.0075mol生物多元醇2、0.007
‑
0.011mol自乳化剂和0.02
‑
0.03mol异氰酸酯混合；加入0.01
‑
0.08mL催化剂1，2
‑
4mL溶剂1，0.002
‑
0.004mol活性稀释剂；0.007
‑
0.011mol中和成盐剂，40
‑
60mL溶剂2。
[0026]进一步地，步骤(2)中首先加入0.036
‑
0.216mol溶剂3、0.8
‑
4.8g二氧化硅纳米颗粒成核剂、0.00512
‑
0.03072mol硅烷偶联剂和0.01536
‑
0.09216mol溶剂2；再滴加0.05
‑
0.1mL催化剂2。
[0027]进一步地，步骤(3)中在步骤(1)中的生物基水性聚氨酯涂料中加入4
‑
24g的二氧化硅纳米颗粒溶剂3分散液；加入光引发剂1
‑
2g。
[0028]所述方法制备的UV固化的二氧化硅纳米颗粒增强的生物基聚氨酯涂层。
[0029]本专利技术的有本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种UV固化的二氧化硅纳米颗粒增强的生物基聚氨酯涂层的制备方法，其特征是：首先制备UV固化的生物基水性聚氨酯涂料，然后制备表面含双键的二氧化硅纳米颗粒，最后将二氧化硅纳米颗粒加入生物基水性聚氨酯涂料中混合均匀，涂覆后UV固化，即得到UV固化的二氧化硅纳米颗粒增强的生物基聚氨酯涂层。2.如权利要求1所述UV固化的二氧化硅纳米颗粒增强的生物基聚氨酯涂层的制备方法，其特征是步骤如下：(1)UV固化的生物基水性聚氨酯涂料的制备：将生物多元醇1、生物多元醇2、自乳化剂和异氰酸酯在200
‑
400r/min搅拌速率下搅拌混合，然后升温至40
‑
50℃，加入催化剂1，继续升温至60
‑
70℃，加入溶剂1调节混合物粘度以维持搅拌速率，持续反应4h；反应期间根据混合物粘度大小补加溶剂1调节粘度以维持搅拌速率，3
‑
5h后加入活性稀释剂反应1
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3h，然后停止加热冷却至室温；加入中和成盐剂搅拌20
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40min；最后加入溶剂2，搅拌速率调至800
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1200r/min高速搅拌1h；所得乳液50
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60℃旋蒸30
‑
40min去除溶剂1，即得到UV固化的生物基水性聚氨酯涂料；(2)表面含双键的二氧化硅纳米颗粒的制备：将溶剂3、二氧化硅纳米颗粒成核剂、硅烷偶联剂和溶剂2加入到反应容器中；滴加催化剂2，在200
‑
400r/min磁力搅拌下室温水解反应5h，得到表面含双键的二氧化硅纳米颗粒溶剂3分散液；(3)涂层光固化：将步骤(2)制备的二氧化硅纳米颗粒溶剂3分散液全部倒入步骤(1)中的生物基水性聚氨酯涂料中，1000
‑
1200r/min搅拌速率下室温搅拌30
‑
60min，再加入光引发剂，避光40
‑
120KHz超声20
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40min；将超声分散完的涂料涂覆在载体上，室温下避光风干；将涂膜放入UV固化机中固化45
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60s，即得UV固化的二氧化硅纳米颗粒增强的生物基聚氨酯涂层。3.如权利要求2所述UV固化的二氧化硅纳米颗粒增强的生物基聚氨酯涂层的制备方法，其特征是：步骤(1)所述生物多元醇1具体为蓖麻油；所述生物多元醇2具体异山梨醇；所述自乳化剂具体为2，2
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二羟甲基丙酸DMPA和/或2,2
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二羟甲基丁酸DMBA；所述异氰酸酯具体为异佛尔酮二异氰酸酯IPDI、六亚甲基二异氰...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚伯龙，何柳，钱豪峰，唐嘉，陶伟，黄卫青，
申请(专利权)人：江南大学，
类型：发明
国别省市：