[发明专利]一种以木质素作为扩链剂的水性聚氨酯及其制备方法和用途

说明书

本发明公开了一种以木质素作为扩链剂的水性聚氨酯及其制备方法和用途，其制法包括以下步骤：将4～20份木质素溶于溶剂中，在氮气保护下、40～80℃下边搅拌边缓慢滴加6～30份聚氨酯预聚体；滴加完毕后，在40～80℃下反应2～4小时；然后降温至30℃以下，加入中和剂，在30℃以下反应10～30分钟；最后加入去离子水高速剪切乳化，得到水性聚氨酯乳液。本发明的制备方法中使用的木质素无需经过化学改性，可直接参与反应合成水性聚氨酯，简化合成工艺的同时还能降低成本。本发明的制备方法使用木质素作为亲水性扩链剂，无需加入其它的亲水性扩链剂，制备得到的的水性聚氨酯乳液稳定性良好、性能优异。

技术领域

本发明属于改性木质素领域，具体涉及一种以木质素作为扩链剂的水性聚氨酯及其制备方法和用途。

背景技术

水性聚氨酯具有良好的耐磨性、光泽度以及较强的附着力等优点，广泛应用于木器涂料、汽车涂料和纸张涂料剂等领域。然而，传统水性聚氨酯的分子链是简单的线型分子结构，并且没有强化学交联作用，导致其存在耐热性能和抗紫外老化性能差的问题，在高温和强紫外线的恶劣环境中容易发生分解失效。因此通过改性制备具有优良的耐热性能或抗紫外老化性能的水性聚氨酯涂料是该领域的研究热点。

近年来，关于木质素改性水性聚氨酯的研究具有较多报道，改性方法主要可以分为两种，即共混改性和共聚改性。

共混改性是将木质素与聚氨酯乳液物理复合，它的优点是改性方法简单。为了提高木质素与水性聚氨酯的相容性，研究人员尝试将木质素进行物理或化学改性之后再添加到水性聚氨酯中。

共聚改性是用改性木质素取代部分多元醇作为主反应物制备得到改性的水性聚氨酯。

以上关于木质素改性水性聚氨酯的研究中，无论是共混改性还是共聚改性都存在以下问题：(1)木质素需要经过物理或化学改性后，才能作为原材料用于改性水性聚氨酯，木质素的预先改性显著提高了水性聚氨酯的生产成本，并且还会降低木质素的利用率。(2)木质素的添加量普遍低于15％，实际上由于木质素的有效含量以及反应效率的限制，制备的木质素改性水性聚氨酯中的木质素含量更低。(3)在共聚改性的研究中，木质素只是替代了部分多元醇，还需要另外添加亲水性扩链剂，没有将木质素作为亲水性扩链剂用于制备水性聚氨酯的报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种水性聚氨酯及其制备方法和用途，本发明的制备方法使用木质素作为亲水性扩链剂，无需加入其它的亲水性扩链剂，制备得到的的水性聚氨酯乳液稳定性良好、性能优异。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种水性聚氨酯的制备方法，包括以下步骤：

将4～20份木质素溶于溶剂中，在氮气保护下、40～80℃下边搅拌边缓慢滴加6～30份聚氨酯预聚体；滴加完毕后，在40～80℃下反应2～4小时；然后降温至30℃以下，加入中和剂，在30℃以下反应10～30分钟；最后加入去离子水高速剪切乳化，得到水性聚氨酯乳液；

优选地，木质素的用量为10.4～13.2份，聚氨酯预聚体为26.7份；在该用量配比下，所得水性聚氨酯乳液的木质素含量为19.88～24.68％，乳液稳定性较好(粒径较小)，力学性能优良，制得清漆后具有较高的铅笔硬度。

所述中和剂的用量为0.4～2份；

所述的聚氨酯预聚体由以下步骤制得：

在氮气保护下，将4～20份的多元醇与2～10份的异氰酸酯混合，滴加催化剂，在60～80℃下搅拌反应1～4小时得到聚氨酯预聚体；

以上所述的份数为质量份数。

优选地，所述木质素为碱木质素、酶解木质素、高沸醇木质素或木质素磺酸盐中的一种；

优选地，所述的溶剂为丙酮、N,N-二甲基甲酰胺或N,N-二甲基乙酰胺中的一种；