[发明专利]一种煤基腐殖酸改性水性聚氨酯复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于高分子合成技术领域，涉及水性聚氨酯乳液改性，尤其涉及一种煤基腐殖酸改性水性聚氨酯复合材料的制备方法。

背景技术

聚氨酯(PU)是由多异氰酸酯、大分子聚酯多元醇或聚醚多元醇及小分子多元醇和多元胺类扩链剂加成聚合而成的聚合物。聚氨酯具有硬度大、耐磨损、柔韧性好、附着性能及保光保色性能优良等优点，且易于设计和加工，因而被广泛应用于涂料、胶黏剂、泡沫塑料、油墨及橡胶等领域。但聚氨酯存在耐冲击性能不佳、遇潮易起泡、耐酸碱性差，耐热、耐水、抗静电等性能差，使其在某些领域的应用受到限制。

腐植酸类物质是由动物、植物残体在微生物以及地球化学作用下分解和合成的一类天然有机高分子聚合物。地球上的腐植酸类物质的储量巨大，作为一种自然资源，广泛存在于土壤、湖泊、河流、海洋中。腐植酸类物质分子结构不同于其他天然高分子，不具有某种完整确定的化学结构和构象构型，是一类由分子量大小不同、结构组成不一致的高分子羟基芳香羧酸族类物质组成的复杂混合物，因而它具有多样性、复杂性、不均一的性质，导致腐植酸类物质的分析非常困难。腐植酸类物质含有酚羟基、醇羟基、羟基醌、烯醇基、磺酸基、胺基、醌基、半醌基、甲氧基和羧基等多种官能团，以及少量的氨基酸、维生素、酶类和多种微量元素，其主要组成元素是C、H、O、N和S。由于分子中具有多种活性官能团，使其具有酸性、亲水性、界面活性、阳离子交换能力、络合作用及吸附分散能力，因而腐植酸类物质在环保、石油开采、农林园艺、医药、分析化学、电池工业等领域等都具有广泛的应用。目前主要的研究成果为：

(1)紫外光聚合法制备棉秆纤维素接枝丙烯酸-腐殖酸高吸水树脂及其性能，功能高分子学报，2014,27(2):224-230。报道了以丙烯酸(AA)、改性棉秆纤维素(MCSC)和腐殖酸(HA)为原料，2，2-二甲氧基-苯基甲酮为谱和扫描电镜对产物进行了表征引发剂，采用紫外光聚合法制备了降解性复合高吸水树脂(MCSC-g-PAA/HA)。研究了AA浓度、MCSC和HA的含量、反应时间和光引发剂的添加量等因素对该树脂溶胀性能的影响。结果表明，在优化条件下，所得树脂在蒸馏水和食盐水(ω_NaCl＝0.9％)的吸液率分别达到870g/g与94g/g。但是对改性复合材料的性能如粘度、表面张力以及树脂的硬度、抗拉伸强度等都未做研究。

(2)新型腐殖酸吸附树脂合成及其对Fe(Ⅲ)吸附效应的研究，腐殖酸，2013，1：5-8。报道了以天然腐殖酸为原料，丙烯酸和二乙醇胺为接枝共聚单体合成了具有吸附性能的新型腐殖酸—丙烯酸二乙醇胺树脂(PHAE)，探讨了吸附温度、时间、pH值、Fe³⁺初始浓度、树脂投加量对水中微量Fe³⁺吸附效应的影响。结果表明水溶液中Fe³⁺浓度为50mg/L、pH为5、温度为30℃时，按2g/L投加PHHA树脂，吸附平衡时吸附量可达5.26mg/g，Fe³⁺的去除率达89.65％。

(3)葡萄糖改性水性聚氨酯的合成及性能研究，安徽大学，2014年硕士学位论文。报道采用自然界广泛存在的葡萄糖(Glc)为交联改性剂，对水性聚氨酯进行交联改性，制备出一系列的葡萄糖改性聚氨酯材料，研究了葡萄糖的加入对耐水性、抗拉伸强度、硬度等性能的影响。结果表明，随着葡萄糖含量的增加，胶膜耐水性得到提高，耐热性能得到提高，胶膜的硬度和力学性能也显著提高。

发明内容

针对上述现有技术中存在的不足，本发明公开了一种煤基腐殖酸改性水性聚氨酯的制备方法。

一种煤基腐殖酸改性水性聚氨酯复合材料的制备方法，利用改进碱溶酸析法从煤中制得腐殖酸，然后将其溶解在N，N’-二甲基甲酰胺中进行改性水性聚氨酯，制备步骤如下：

A、在装有搅拌器、回流冷凝管、温度计及加料装置的容器中，加入异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)和用N,N’-二甲基甲酰胺溶解的腐殖酸溶液，70～90℃反应1～4h，优选80℃反应2h；

B、接着加入聚醚多元醇NJ-220和二羟甲基丙酸(DMPA)，滴加催化剂二丁基二月桂酸锡(T-12)，65～95℃反应1～4h，优选80℃反应2h；

C、将体系温度降至40℃，加三乙胺中和0.5h，得到预聚体；

D、向预聚体中加入以去离子水做为溶剂的乙二胺水溶液进行扩链及分散，制得煤基腐殖酸改性水性聚氨酯复合材料；

其中，本发明所述的改进碱溶酸析法由煤中制得腐殖酸，制备过程包括：