[发明专利]一种基于天然纤维的耐磨型水性树脂及其制备方法

说明书

本发明公开一种基于天然纤维的耐磨型水性树脂及其制备方法，属于环保有机高分子材料领域，以绒毛状细小剑麻纤维分子为骨架并接枝共聚了亲水基团的高分子材料，可稳定分散在水中，水分挥发后会能够形成三维网状分子结构，可用于涂料、粘合剂、油墨、纸张罩光、皮革光油等领域中，尤其在涂料领域具有更好的综合性能。

技术领域

本发明涉及环保有机高分子材料领域，特别涉及一种基于天然纤维的耐磨型水性树脂及其制备方法。

背景技术

剑麻是一种多年生热带硬质叶纤维作物，原产于墨西哥，后来广泛生长和分布在拉美、非洲、东南亚等地，我国南方广东、广西及海南等部分地区也有种植。剑麻纤维是剑麻叶片的提取物，属于韧皮纤维，其中所含有的纤维素被大量的半纤维素、木质素等杂质组分紧密包围和粘结在一起，致使纤维的刚性较大、质地坚韧、耐磨、耐盐碱、耐腐蚀、在干湿环境下伸缩性都不大，可用于生产海军舰艇缆绳、轮胎及传送带的增强材料、剑麻纱条、剑麻地毯、剑麻抛光轮、钢丝绳芯、皂素、剑麻墙纸、高强纸张等，从而广泛运用于运输、渔业、石油、冶金、造纸、纸币等各种行业，目前国家各地兴建的大型水电站所使用的护网、防雨布、捕鱼网和编制的麻袋等用品也应用到了剑麻纤维，具有重要的经济价值。同时，剑麻纤维素组分中杂质含量的多样性、纤维素聚集态结构的复杂性及其具有的高结晶度，使剑麻纤维对试剂的可及度低、溶解困难、反应性能及化学反应均一性差，直接影响了剑麻纤维的化学改性及其更广泛的使用。

树脂是常温下呈固态或假固态及粘稠液态的有机高分子材料。具有一定的软化或熔融温度范围，在外力作用下有流动倾向，破裂时常呈贝壳状。常规树脂一般不溶于水，能溶于相应的有机溶剂。水性树脂是以水代替有机溶剂作为分散介质的新型树脂体系，可分为水溶液、水乳液及胶体三大类，所含水分挥发后树脂可反应成膜，具有与传统溶剂型树脂体系类似的应用性能。水性树脂具有传统溶剂型树脂无可比拟的多种优势：不使用有机溶剂作为分散剂，不含VOC(挥发性有机物质)，更加环保；不易燃；气味较小；对人体刺激较小；因而获得了广泛关注。

以天然纤维素或其衍生物为原料制备水性树脂是一种重要途径，但常规剑麻粗大纤维反应活性较弱因而并不适合用作水性树脂的原料。

在剑麻纤维织造地毯、缆绳及抛光轮等各种制品的过程中，难免会脱落一些细小的绒毛状纤维。这些纤维与常规粗大的剑麻纤维相比，非常蓬松，纤维结晶度低，小分子反应试剂相对更容易渗入纤维分子量内部，因而反应活性较高，更容易发生改性反应制备我们预期的产品。目前此类细小剑麻纤维基本作为废物进行焚烧处理，不但污染环境也造成了资源的浪费。如能开发新的用途，将变废为宝，并为各剑麻制品加工厂家提供新的利润来源。

发明内容

为填补现有技术的空白，本发明旨在提供一种基于天然纤维的耐磨型水性树脂及其制备方法，针对剑麻制品(地毯、缆绳、抛光轮等)加工过程中产生的绒毛状细小剑麻纤维(以下简称细小剑麻纤维)进行开发，制备新型水性树脂，变废为宝，并减小环境污染。本发明通过将该细小剑麻纤维制备中间产物后与亲水组分发生接枝反应而制备的，产物具有一定的亲水亲油平衡性能，可分散在水中形成热力学稳定体系，可应用于涂料、粘合剂、油墨等领域。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

本发明公开的一种基于天然纤维的耐磨型水性树脂的制备方法，包括以下步骤：

1)二异氰酸酯与二元醇以摩尔比为2.5～1.33混合，即二异氰酸酯与二元醇的摩尔比例为2:(0.8～1.5)；

2)加入环氧树脂、细小剑麻纤维中间产物、催化剂，在65～85℃下反应0.5～3h，再在90～95℃反应1～3h；加入环氧树脂的总羟基与二异氰酸酯的摩尔比为0.625～1，即羟基与二异氰酸酯的摩尔比例为(2.5～4):4；所述细小剑麻纤维中间产物与二异氰酸酯的质量比为0.3～0.75，即细小剑麻纤维中间产物与二异氰酸酯的质量比例为(0.6～1.5):2；所述催化剂占反应物总质量的0.1％～1％；