[发明专利]一种聚氨酯脲‑壳聚糖共聚物及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种聚氨酯脲-壳聚糖共聚物及其制备方法和应用，属于高分子材料技术领 域。

背景技术

目前，热塑淀粉、聚乳酸和脂肪族聚酯是三种主要的环境中可生物分解塑料。聚乳酸虽 然强度与通用塑料相当，但是其耐热性差，脆性大，而且其价格比聚烯烃要贵一倍以上，因 此限制了其在环境生物分解材料领域的实际应用；为了改进聚乳酸塑料的物理性能和加工性 能、降低价格，在淀粉/聚乳酸的共混材料领域做了许多研究。例如中国专利公开的发明名 称为“一种聚乙烯醇/聚乳酸接枝共聚物及其与淀粉的共混材料和它们的制备方法、用途”(申 请号为200610020448.5)公开了聚乙烯醇/聚乳酸接枝共聚物与淀粉的共混材料以及制备聚乙 烯醇/聚乳酸接枝共聚物的方法，和接枝共聚物及其与淀粉的共混材料的用途。由于该发明接 枝共聚物的玻璃化温度和熔点相距较大，因而能作为一种可完全生物降解的热塑性塑料原料 使用，扩展了聚乳酸的应用领域；加入淀粉/壳聚糖所得共混材料不仅大大降低了成本，而且 还提高了接枝共聚物的生物降解速率；接枝共聚物和其与淀粉/壳聚糖的共混物还具有良好的 加工性能和优良的机械性能，尤其可直接用来吹塑成薄膜。但该共聚物依然存在相容性差、 降解不可控、稳定性差、成膜性差的缺点。

塑料包装材料的安全性、环保性和防水、防油性能至关重要，同时目前的塑料包装主要 存在以下不足：1、以聚乙烯、聚丙烯材料为主，不可降解，且环保性不足；2、聚乳酸材料 降解可控性差；3、聚氨酯脲的抗水、油渗透性差，对于食用油、油墨印油、防锈油等容易渗 透。因此，如何提供一种具有可控降解性能及抗水油渗透性的聚氨酯脲，解决上述塑料包装 材料具有的不足，成为本领域技术人员亟待解决的技术难题。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的是提供一种聚氨酯脲-壳聚糖共聚物及其制 备方法和应用，解决塑料包装不可降解、抗水、油渗透性差等问题。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种聚氨酯脲-壳聚糖共聚物，其特征在于，其结构式如下：

进一步，本发明还提供一种聚氨酯脲-壳聚糖共聚物的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：将小分子二醇与对二氧环己酮(PDO)、丙交酯(LA)在辛酸亚锡作用下反应，制 备羟基封端的预聚体，平均分子量为1000～4000；所述小分子二醇为OH-(CH₂)n-OH，其中 n＝1～6；所述反应体系为熔融体系；反应温度为140-145℃，反应压力为-0.096MPa，反应时 间为12-24h；

步骤2：将步骤1得到的预聚体与异氰酸酯在辛酸亚锡作用下反应制得聚氨酯脲预聚体， 所述聚氨酯脲预聚体的平均分子量为8000～10000；异氰酸酯与羟基封端的预聚体的反应体系 为溶液体系，所述溶液为苯系溶液；反应温度为70-75℃；反应时间为10-14h；

步骤3：将步骤2得到的聚氨酯脲预聚体与缓慢滴入的壳聚糖及小分子二胺的异丙醇溶 液进行反应，实现壳聚糖的接枝，同时获得长链聚氨酯脲，最终制得如权利要求1所述聚氨 酯脲-壳聚糖共聚物，其分子量为20000～100000；所述小分子二胺为NH₂-(CH₂)n-NH₂，其中 n＝1～6，所述壳聚糖分别为低分子量和高分子量壳聚糖，分子量为5000～50000；

聚氨酯脲预聚体与壳聚糖与小分子二胺的反应体系为溶液体系，所述溶液为苯系溶液； 反应温度为70-75℃；反应温度为5℃温度；反应时间为3-6h。

所述步骤1中，小分子二醇与丙交酯(LA)的摩尔比为1:20～200；对二氧环己酮(PDO) 与丙交酯(LA)的摩尔比为1:1～10。

所述步骤2中，异氰酸酯包括双官能团异氰酸酯或三官能团异氰酸酯中的任一种；异氰 酸酯用量为保证NCO:OH摩尔比为1.1-1.5:1。

所述步骤3中，聚氨酯脲预聚体与壳聚糖和小分子二胺的摩尔比为保证NCO：NH₂＝1： 1～1.2，所述反应中壳聚糖与小分子二胺的摩尔比为1：1/5～10，保证壳聚糖的引入量呈一定 梯度。

本发明还提供所述聚氨酯脲-壳聚糖共聚物的应用，用于制备塑料包装薄膜。所述聚氨酯 脲-壳聚糖具有可控的降解性，降解性随着PDO与LA摩尔比的降低呈下降趋势，所述降解 时间为6～24个月。所述聚氨酯脲-壳聚糖具有优良的耐油性，在6～24个月时间内耐食用油、 防锈油、印刷油墨。