[发明专利]一种聚氨酯基多功能互穿网络聚合物及其制备方法

说明书

本发明提供一种聚氨酯基多功能互穿网络聚合物及其制备方法，通过交联聚氨酯(Ⅰ)与多功能聚氨酯(Ⅱ)之间的大分子链间网络互穿和链扣，形成聚氨酯基互穿网络聚合物。其中多功能聚氨酯(Ⅱ)大分子主链上悬挂的聚乙二醇链、聚乙烯吡咯烷酮链和季铵阳离子侧链端基具有更高的摇摆或伸缩自由度和自由体积，遇水溶解或溶胀后，通过水化氢键作用的自组装即可形成亲水抗菌凝胶层。本发明提供的聚氨酯基多功能互穿网络聚合物在水、甲醇、乙醇、乙二醇、乙二醇甲醚、二甲亚砜、N‑甲基吡咯烷酮或N,N‑二甲基甲酰胺溶剂中溶胀或溶解后，会出现明显的微相分离现象。

技术领域

本发明涉及一种多功能互穿网络聚合物及其制备方法，特别涉及具有亲水抗菌功能的聚氨酯基互穿网络聚合物，用作制备亲水抗菌聚氨酯材料的原料，或用于金属材料、棉织物、木材、聚氨酯材料、聚酰胺材料、硅酸盐材料或陶瓷材料表面的亲水抗菌改性，属于有机功能材料领域。

技术背景

聚氨酯(Polyurethanes，PUs)通常是由多元醇与多异氰酸酯发生加聚反应生成，属于典型的嵌段共聚物，可以多种产品形式：包括预聚物、弹性体、纤维、粘合剂、涂料或泡沫等应用于多领域；与其它高分子材料相比，聚氨酯材料具有分子结构易设计，软硬链节等可调，加工性能好、加工方式多样、机械性能优异等特性。通过对聚氨酯材料进行功能化改性，从而在保持聚氨酯优良性能的同时，并赋予其独特的生物学、光电磁热以及其它物理化学性质，已经成为扩大聚氨酯材料品种和应用领域的主要方法。目前流行的聚氨酯功能化方法有：共混改性、表面改性的涂覆和接枝、互穿网络，以及化学共聚。

互穿网络聚合物是由两种或两种以上的环状链聚合物互相贯穿而形成的混合物。两种以上的环状链聚合物链环结构的相互贯穿，互穿网络聚合物的环状链之间一般不形成化学键，依靠机械缠绕和链环向扣，形成宏观上均匀，微观上可能分相的共混体系，相界面较大，相互有很好的“协同效应”，而且起着“强迫互穿”的作用，达到抑制热力学上相分离的目的，互穿网络聚合物体系之间能够良好的分散，既可以充分展示各自特性，又可以形成功能特性的优势互补。专业人员熟知聚氨酯的大分子链结构具有闭合环状特征，是制备网络互穿聚合物的首选原料，所以现有的互穿网络聚合物大都是以聚氨酯为基础物质，与交联聚烯烃、环氧树脂、交联聚酯、交联聚酰胺等形成互穿网络聚合物。另外对制备聚氨酯原料(包括多元醇和多异氰酸酯)进行优化配用，可以制得胶粘强度、回弹性、柔韧性、亲水、抗菌和生物相容性等变化多样的聚氨酯产品。

为此，本发明提供一种聚氨酯基多功能互穿网络聚合物，本发明所述聚氨酯基多功能互穿网络聚合物指的是交联聚氨酯(Ⅰ)和多功能聚氨酯(Ⅱ)的互穿网络聚合物。所述交联聚氨酯(Ⅰ)是以聚合物多元醇、多异氰酸酯和扩链剂为原料制成的。所述多功能聚氨酯(Ⅱ)是

由聚乙二醇单烷基醚、单端羟基聚乙烯吡咯烷酮、端羟基聚醚季铵盐与多异氰酸酯三聚体制成聚氨酯预聚物，再与季铵阳离子聚醚二元醇和扩链剂共混入所述交联聚氨酯(Ⅰ)溶液中，完成逐步加聚反应后制得的。所以侧链悬挂聚乙二醇链、聚乙烯吡咯烷酮和季铵阳离子聚醚的多功能聚氨酯(Ⅱ)和交联聚氨酯(Ⅰ)互穿网络混合物是按照顺序聚合方法制成的。

本发明提供的聚氨酯基多功能互穿网络聚合物具有多种有益效能：

①本发明所述聚氨酯基多功能互穿网络聚合物中的多功能聚氨酯(Ⅱ)大分子主链上悬挂的聚乙二醇链、聚乙烯吡咯烷酮链和季铵阳离子聚醚链具有优异的生物相容性、亲肤亲水和抗菌杀菌功能，所述多功能聚氨酯(Ⅱ)具有聚氨酯基大分子表面活性剂、高分子抗菌剂的功能。

②由于本发明所述交联聚氨酯(Ⅰ)的憎水特性和多功能聚氨酯(Ⅱ)的强亲水性，造成所述聚氨酯基多功能互穿网络聚合物具有典型的两亲特性，在水、甲醇、乙醇、乙二醇、乙二醇甲醚、二甲亚砜、N-甲基吡咯烷酮或N,N-二甲基甲酰胺溶剂中溶胀或溶解后，会出现明显的微相分离现象。