[发明专利]羧甲基纤维素硝酸酯树脂水性分散体的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种涂料领域的水性硝基纤维素树脂材料的制备方法，具体涉及一种羧甲基纤维素硝酸酯树脂水性分散体的制备方法。

背景技术

随着社会的发展，尤其是近来环境污染日益引起人们的关注，对涂料行业提出的要求越来越高，特别是要求涂料应用对环境的污染要小。传统溶剂型涂料中的溶剂含量常在60％以上，硝基漆在施工时的溶剂含量更可高达80％，汽车涂装的溶剂型金属色漆溶剂含量高达85％。

这些挥发性有机溶剂(VOC)进入大气，会造成环境污染。此外，居家装修所使用的涂料，也会产生VOC，从而引起室内环境的污染，进而影响人体健康。

减少涂料在使用过程中的有机化合物(VOC)的挥发，发展环境友好型涂料尤其是水性涂料已成为涂料研究领域的热点。硝基漆的使用历史已有百年，因其原料来源丰富，制备简单，尤其是在木器行业上的巨大优势，短期内还无法得到替代。但是以硝化棉为代表的传统硝基漆涂料，面临着巨大的环保压力，发展水性绿色的环保型硝基涂料，已成为拯救硝基漆行业的良方。

硝基漆又称硝酸纤维素漆，蜡克漆，因其具有快干、成本低廉、施工方便和漆膜性能好等特点，广泛地应用于车辆、机械、电气仪表、轻工产品、塑料、皮革、织物、家具等，作为底漆、面漆及磁漆，受到市场及广大消费者的青睐。

传统溶剂型硝基漆是以醇类、酯类、苯、甲苯、二甲苯等有机溶剂为分散介质，其中苯类溶剂(甲苯，二甲苯)占到溶剂总量的一半以上，但这些苯类溶剂却并不起溶解作用，只是用作分散剂以降低硝基漆的黏度。这些有机溶剂不仅污染环境，更会损害人类的身体健康。祛除传统溶剂型硝基漆中的苯类溶剂是可行的，在此基础上，进一步改性得到水性硝基漆，将大大减少有机溶剂的用量，减小对环境的污染。

近年来，国内外学者在硝基漆改性方面做了不少工作，大体上分为两类：一种是物理方法，即通过物理共混外加亲水性聚合物来实现其水乳化；二是化学方法，即通过化学改性在硝化纤维素骨架上引入具有亲水性的聚合物链段来实现其水乳化。比如，曾朝霞将醇酸树脂转相乳化和丙烯酸酯类单体互穿聚合物网络聚合法制备改性硝化纤维素乳液，该方法实质上为物理混合方法。李小瑞用自制的自乳化型聚氨酯对硝化棉光亮剂进行乳化及改性，制得了聚氨酯改性硝化棉光亮剂乳液，该方法也是采用自乳化性聚氨酯和硝化纤维素进行物理共混而制得硝化纤维素乳液，并非单一硝化纤维素乳液。徐敏采用有机硅-丙烯酸酯接枝改性硝化纤维素制成DX-8502硅丙硝化纤维素乳液型光亮剂，该方法为化学改性法，但接枝改性化学反应时间长，工艺不易控制，且该乳液颗粒较大，稳定性不好。中国专利CN200910092647.0公开了一种水乳化硝基漆及其制备方法，但其仍然是马林酸树脂与硝化纤维素物理共混制成的乳液，硝化纤维素不是唯一原料。上述应用文献如下：

[1]曾朝霞，包汇川，傅和青，等.改性水性硝化纤维素乳液研究[J].涂料工业，2007,37(2):33-35.

[2]李小瑞.聚氨酯改性硝化棉光亮剂乳液的制备[J].中国皮革，2009,29(17):19-21.

[3]徐敏.DX-8502硅丙硝化棉光亮剂的研究[J].中国皮革，1998,27(8):8-9.

[4]陈冰，陈寿生.水乳化硝基漆及其制备方法：中国，CN200910092647.0[P].2012.2.17.

从上述文献可以看出，目前水性硝化纤维素乳液改性处理方法有很多种，多数为硝化棉纤维素与一种或多种水性聚合物树脂进行水性分散。比如与其他水性聚合物树脂经过物理共混进行乳化，或经过水性树脂单体乳液聚合在经物理共混进行乳化，或在硝化棉纤维素分子链上进行亲水性的聚合物链段化学接枝改性进行乳化。其中，物理方法得到的水性硝化纤维素乳液是一种多组分聚合物树脂的混合乳液，硝化纤维素本身的亲水性并不强。化学方法得到的接枝改性硝化纤维素，其接枝反应工艺复杂，产品不易分离，反应时间长，产品性能不易控制。

羧甲基纤维素硝酸酯(CMCN)是一种新型两亲性纤维素混合醚酯，其合成方法见北京理工大学申请号为201010000551.X的专利申请文献。

一种羧甲基纤维素硝酸酯的制备方法包括两个部分：羧甲基纤维素的制备以及羧甲基纤维素的硝酸酯化。

一)羧甲基纤维素的制备。分为纤维素的碱化、羧甲基化及后处理三个阶段：