[发明专利]可自降解无皂水性聚氨酯乳液及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及聚氨酯技术领域，具体涉及一种可自降解无皂水性聚氨酯乳液及其制备方法。

背景技术

随着人类生活质量的提高，环保法规越来越严格，各种环保例法规对挥发性有机化合物(VOC)的排放量、有害溶剂的含量都有严格限制。水性聚氨酯乳液由于其以水为分散介质，具有无毒、不污染环境、不易燃烧、节能、安全等优点，因此近年来水性聚氨酯乳液涂料获得人类的广泛关注。在产业化方面，国外于20世纪80年代初已经形成一定生产规模。如德国拜耳公司、日本大油墨公司、美国的Wyandotte化学公司等都推出了不同牌号的水性聚氨酯乳液产品。进入20世纪90年代后，国内的水性聚氨酯乳液装置相继投入生产，但规模都不大，品种也较为单一。进入21世纪后，国内水性聚氨酯乳液的应用领域不断扩大，水性聚氨酯乳液的生产厂家不断增加，水性聚氨酯产业的发展也进入一个崭新的发展阶段。

随着聚氨酯相关产业的飞速发展也为人类带来了诸多难题，如：环境污染和资源短缺等。在如何节省与合理利用资源和能源、优化人类生存环境等问题备受关注的今天，可降解聚氨酯材料成为世界各国研究的热点。本发明的发明人从聚氨酯的合成源头着手，改变聚氨酯分子链段的化学结构，引入生物基原材料羟基纤维素，从而使树脂自身含有可自然降解的链段结构，存在工艺简单，结构易控，制得的水性聚氨酯具有较好的稳定性、优良的耐水性和可自然降解性，具有广泛的应用价值。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术存在的缺陷，提供一种可自降解无皂水性聚氨酯乳液及其制备方法。本发明的聚氨酯乳液具有较好的耐酸、碱、盐、油脂、洗涤剂等化学品的耐腐蚀性能，成膜后的机械性能也非常优异，在分子链结构中引入了可降解的生物基原材料羟基纤维素致树脂在废弃后可能自降解以达到降低污染的目的。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现，

第一方面，本发明涉及一种可自降解无皂水性聚氨酯乳液，该聚氨酯乳液包括以下重量百分数的各组分：

优选地，所述的大分子聚酯多元醇为聚碳酸酯多元醇、聚己内酯多元醇、聚己二酸酯多元醇、聚丙烯酸酯多元醇、聚醚多元醇中的一种或几种。

优选地，所述的异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯、二环己基甲烷二异氰酸酯或4,6-二甲苯二异氰酸酯等中的一种或几种。

优选地，所述的羟基纤维素为含羟基0.80％～9.00％的羟乙基纤维素、羟丙基纤维素中的一种或几种的混合。

优选地，所述的亲水扩链剂为2,2-二羟甲基丙酸或2,2-二羟甲基丁酸。

优选地，所述的扩链剂为异佛尔酮二胺、乙二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺、乙二醇、1,4-丁二醇、三缩四乙二醇、新戊二醇、1,6-己二醇、环己烷二甲醇中的一种或几种的混合。

优选地，所述的成盐剂为氨水、三乙胺、三甲胺、N,N-二异丙基乙胺或N,N-二甲基乙醇胺。

优选地，所述的溶剂为氨酯级丙酮或丁酮。

第二方面，本发明还涉及一种前述的可自降解无皂水性聚氨酯乳液的制备方法，包括如下步骤：

步骤一，备料，按重量百分数取各组分；

步骤二，预聚物的合成：将大分子多元醇和羟基纤维素混合后抽真空并加热，然后降温，加入适量异氰酸酯，随后降温加入亲水扩链剂，得到预聚物；

步骤三，预聚物的中和：向预聚物中加入溶剂，降温，将成盐剂缓慢滴加到预聚物中；

步骤四，扩链及乳化：将扩链剂溶解在适量水中，滴加到中和后的预聚物中，搅拌，静置，得到乳液。

优选地，所述方法包括如下步骤：

步骤一，备料，按重量百分数取各组分；

步骤二，预聚物的合成；

将大分子多元醇和羟基纤维素混合后抽真空并加热到110～150℃进行除水0.5～2.0h，然后降温至70～95℃加入适量异氰酸酯，搅拌反应1.5～3.0h，随后降温至60～75℃加入亲水扩链剂，继续搅拌反应1.0～3.0h，得到预聚物；

步骤三，预聚物的中和；

向预聚物中加入计量好的溶剂降低体系粘度并降温到30～50℃，用恒压滴定漏斗将成盐剂缓慢滴加到预聚物中，然后搅拌15～45min；

步骤四，扩链及乳化；

将扩链剂溶解在适量水中，室温下通过恒压滴定漏斗滴加到中和后的预聚物中，搅拌速率控制在1000～3000rpm，搅拌20～50min后取出乳液，静置，得到乳液。