[发明专利]壳聚糖改性阳离子水性聚氨酯树脂、其制备方法及应用

说明书

技术领域

本发明属于聚氨酯技术领域，尤其涉及一种壳聚糖改性阳离子水性聚氨酯树脂、其制备方法及应用。

背景技术

相比于溶剂型聚氨酯，水性聚氨酯具有毒性小、不易燃烧、低污染性、节能、安全等优点，因此水性聚氨酯的研制与生产受到世界各国的重视。

目前用于制备聚氨酯的低分子二元醇主要原料都是基于石油资源，所制备的水性聚氨酯乳液无法摆脱对石化资源的依赖。利用二氧化碳和环氧丙烷共聚制备二氧化碳基多元醇，进而制备水性聚氨酯能够减少对石化资源的依赖，另外采用二氧化碳基多元醇制备的水性聚氨酯与传统的聚酯多元醇和聚醚多元醇制备的水性聚氨酯相比具有较为优异的耐水性和机械性能，是一种制备水性聚氨酯乳液的理想原料。然而由于水性聚氨酯合成原料引入了亲水基团，故单纯的水性聚氨酯成膜后存在着机械性能差、耐水性差、耐候性差等缺点。对水性聚氨酯进行改性已成为目前研究的热点，鉴于“绿色化学”和“清洁生产”的要求，需要采用天然材料进行改性以得到真正意义上的综合性能优异的环保型水性聚氨酯胶黏剂。

甲壳素是一种多糖类天然高分子，广泛存在于节肢动物、软体动物、原生动物、腔肠动物、海藻、真菌中，在自然界中的产量仅次于纤维素。一般而言，甲壳素N-乙酰基脱去55％以上就可以称之为壳聚糖。壳聚糖作为最宝贵的天然可再生资源，近年来随着石油、煤炭储量的减少以及环境污染问题日益严重，壳聚糖这种天然可再生资源的应用受到重视。众所周知，壳聚糖具有良好的生物相容性、低毒性、抗菌性、生物降解性及多种生物活性等，不仅可以用来制备食品包装材料、造纸添加剂、水处理离子交换树脂等方面，还可用于医用材料药物缓释载体、抗菌纤维等等。另外壳聚糖的分子链上存在大量具有高反应活性的羟基和氨基，为化学改性创造了良好条件。

本发明考虑提供一种壳聚糖改性的阳离子水性聚氨酯树脂。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种壳聚糖改性阳离子水性聚氨酯树脂、其制备方法及应用，该壳聚糖改性阳离子水性聚氨酯树脂具有较好的耐水性能和机械性能。

本发明提供了一种壳聚糖改性阳离子水性聚氨酯树脂，如式(I)所示：

-R₁-选自以下结构中的一种：

-R₂-如式(6)所示：

m为1～30，z为1～35；

R₃选自以下结构中的一种或多种：

Cl式(10)；

-R₄选自以下结构中的一种：

-CH₃式(11)；

a为1～4的整数；

n为2～200的整数。

本发明还提供一种壳聚糖改性阳离子水性聚氨酯树脂的制备方法，包括以下步骤：

S1)在保护气氛中，将包含式(6)结构的二氧化碳基二元醇与式(II)所示的二异氰酸酯混合，加热反应，得到第一产物；

S2)将所述第一产物与式(III)所示的亲水扩链剂在催化剂存在的条件下反应，得到第二产物；

S3)将所述第二产物、壳聚糖与式(IV)所示的二醇混合加热反应，得到第三产物；

S4)将所述第三产物与酸混合进行中和反应，乳化后，得到式(I)所示的壳聚糖改性阳离子水性聚氨酯树脂；

OCN-R₁-NCO式(II)；

-R₁-选自以下结构中的一种：

-R₂-如式(6)所示：

m为1～30，z为1～35；

R₃选自以下结构中的一种或多种：

Cl 式(10)；

-R₄选自以下结构中的一种：

-CH₃式(11)；

a为1～4的整数；

n为2～200的整数。

优选的，所述包含式(6)结构的二氧化碳基二元醇的分子量为1500～5000道尔顿。

优选的，所述步骤S1)中加热反应的温度为70℃～80℃；所述加热反应的时间为1.5～3h；

所述步骤S2)中反应的温度为30℃～40℃；所述反应的时间为1～2h；