[发明专利]一种生物质来源聚氨酯纳米复合乳液及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于有机合成领域，具体涉及一种生物质来源聚氨酯纳米复合乳液的制备方法。

背景技术

聚氨酯因其结构可设计性，具有良好的综合性能而广泛用于纺织、金属、塑料以及木材等领域的涂层和胶粘剂。溶剂型聚氨酯在成膜过程中释放出大量挥发性有机化合物(VOC)，不仅污染环境，而且对人的身体健康危害极大。近来，随着人们环保意识的日益增加，以水为分散介质的水性聚氨酯得到长足的发展。传统水性聚氨酯乳液的合成如下：首先，聚多元醇、亲水性物质和过量的多异氰酸酯在本体或挥发性有机溶剂(如丙酮)中聚合得到异氰酸根封端的聚氨酯预聚体；随后，将预聚物混合物在水中分散，最后脱除有机溶剂，得到水性聚氨酯乳液。该法制备的水性聚氨酯或多或少还需使用有机溶剂，并不能真正做到无有机溶剂。

为将聚氨酯分散在水中，传统方法制备的离子型水性聚氨酯乳液通常需要将亲水性的链段引入到聚氨酯的主链上。因主链结构的改变，导致离子型聚氨酯涂层的某些性能并没有溶剂型聚氨酯涂层的性能优异，其涂层性能有待进一步提高。同时在已商业化的聚氨酯中，绝大部分原料来源于石化资源。石油资源为非可再生能源，而且随着价格的飙升，导致生产及消费成本的剧增，因此必须寻找新的替代资源满足消费者日益增长的需求。

经过探索，科研工作者们逐渐将目光转向来源广泛、价格低廉的天然生物质资源。其中，植物油经过其官能团的衍生很容易转变为二醇或者多元醇，如CN201110059518公开了一种植物油多元醇的制备方法，在酸性催化剂下，将环氧化植物油与糖和糖醇中至少一种进行开环反应制备出植物油多元醇。CN101891887公开了一种以棉籽油为主要原料的生物基聚醚多元醇及其制备方法，将环氧籽油，小分子多元醇在叔胺和碱金属催化下制备而成。CN201210223015公开了一种高羟基大豆油多元醇的制备方法，将环氧大豆油，聚醚多元醇和酯类催化剂下制备而成。与传统的无机填料相比，天然纳米填料一样具有刚性的特点。此外，天然纳米填料不仅继承了天然高分子的所有优点，还具有与宏观颗粒所不同的特殊体积效应、表面界面效应和宏观量子隧道效应等，具有比较活跃的表面，如大量羟基，很容易进行化学接枝或形成比较强的物理相互作用，表现出独特的化学特性，为制备高性能多功能复合材料开辟了一个全新的途径。通过天然纳米填料的引入可对水性聚氨酯基体起到增强作用，还可赋予涂层耐摩擦等特殊性能。至此，通过天然生物质衍生多元醇和纳米填料与异氰酸酯反应得到生物质聚氨酯，以期达到真正的“绿色化”。

微乳液聚合法制备聚合物水分散体，可使单体以纳米级液滴分散，构成了水包油型乳液的分散体系，常用于聚丙烯酸酯乳液的合成。将微乳液聚合法引入到聚氨酯的合成中，亦可精确控制宏观材料的微观有序结构。FRANCA TIARKS等人选用异佛尔酮二异氰酸酯和1,12-十二烷二醇及新戊二醇利用微乳液一步法合成了粒径在200nm左右的高分子量的微聚氨酯乳液，同时指出异氰酸酯与水之间的反应只是副反应，并无多大影响。E.Rix等人选用脂肪类衍生二醇和异佛尔酮二异氰酸酯利用微乳液聚合的方法合成了粒径为200-300nm，固含量为50％的单分散稳定的聚氨酯-聚脲乳液。此外，为赋予涂层吸波、隐身等其他功能性的作用，可引入外加纳米粒子。微乳液聚合中，外加纳米粒子可被包封或引入到聚合物基体中，可避免纳米粒子由于尺寸而引起的聚集、分散不均匀、乳液稳定性变差的缺点。但是制备粒径小、固含量高的纳米粒子改性生物质聚氨酯的微乳液聚合方法鲜有报道。选用微乳液聚合技术可制得粒径小，透明且性能稳定的高固含聚氨酯纳米复合乳液，具有良好的成膜性，用于涂料可显著提高乳胶膜的强度、附着力、耐溶剂性和光泽性。因此开发一种无有机溶剂，且性能和溶剂型聚氨酯相媲美的生物质聚氨酯，对水性聚氨酯材料的发展具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种生物质来源聚氨酯纳米复合乳液及其制备方法，以期可以有效解决水性聚氨酯合成“绿色化”及高性能化。

本发明解决技术问题，采用如下技术方案：

本发明的生物质来源聚氨酯纳米复合乳液，其特点在于：各原料按质量百分数的配比为：

其中各原料的质量百分数之和为100％。

本发明生物质来源聚氨酯纳米复合乳液的制备方法包括以下步骤：

(1)将脱水后的生物质衍生多元醇、纳米生物填料、多异氰酸酯类单体、共稳定剂及催化剂在冰水浴中混合，均匀搅拌5-30min，构成油相；另将表面活性剂在去离子水中溶解，于冰水浴中混合搅拌5-30min，构成水相；