[发明专利]一种生物基抗菌水性聚氨酯分散体及其制备方法与应用

说明书

本发明属于聚氨酯材料技术领域，具体涉及一种生物基抗菌水性聚氨酯分散体，并进一步公开其制备方法与应用。本发明所述生物基抗菌水性聚氨酯分散体，基于多元醇、二异氰酸酯为原料，并通过亲水扩链剂、中和剂、抗菌性封端剂、醇类扩链剂、胺类扩链剂和催化剂存在体系进行反应，在反应过程中，抗菌性封端剂的加入使得聚氨酯产品分子链上形成抗菌基团，进而获得本质型抗菌树脂，可以在无需外加抗菌剂的情况下达到非常优异的抗菌效果，产品的抗菌性能持久性和稳定性更优，其应用性能大幅提升，能够广泛应应用于水性粘合剂、涂料及油墨等应用领域。

技术领域

本发明属于聚氨酯材料技术领域，具体涉及一种生物基抗菌水性聚氨酯分散体，并进一步公开其制备方法与应用。

背景技术

水性聚氨酯树脂材料因其环境友好、环保及性能优异等优势，近年来广泛应用于涂料、胶粘剂及油墨等领域。传统合成聚氨酯的原料主要包括多元醇、异氰酸酯、扩链剂和乳化剂，几乎都是源于石化资源材料，由于其不可再生性以及不符合绿色化学发展方向等问题，对聚氨酯材料的合成具有一定的限制。鉴于此，近期诸多报道采用天然产物如蓖麻油、糊精、淀粉等改性原料合成树脂，这些绿色的可再生资源的使用极大的推动了树脂合成的可持续性。

双酚酸(DPA)是由乙酰丙酸和苯酚在酸催化下合成的化工原料，也是美国能源部于2004年提出的具有巨大应用前景的生物质平台化合物之一。由于DPA分子结构中含有两个羟基和一个羧基官能团，是个可设计性很强的分子结构，且可溶于热水、丙酮等极性溶剂，为其工业应用提供了极大的便利性。DPA与双酚A因具有相类似的结构，是一种重要的高分子单体，目前已经广泛的用于合成苯并噁嗪、聚碳酸酯、聚酯、超支聚合物等高分子材料。目前还未见报道DPA用于水性聚氨酯合成工艺，本领域期待使用DPA作为原料合成水性树脂不仅能够节约石化资源的使用，更能够促进绿色化学的发展。

此外，由于聚氨酯乳液在合成、储运及下游使用过程中极易受到细菌污染而导致变质，通常需要添加杀菌剂进行抑菌，但是往往因为杀菌剂的持续性难以保持而难免造成产品报废。另外，经由聚氨酯制备的终端产品在一些特殊的应用领域对于抗菌性能也有较高的要求，此类产品多通过外加添加型抑菌剂如纳米银粒子来实现抑菌性要求。然而，多数外加型抑菌剂较难实现与聚氨酯材料的均匀分散，且抑菌剂的盲区也容易收到细菌攻击，严重影响了下游产品的应用。此外，壳聚糖是一种天然抗菌材料，但由于壳聚糖多羟基的结构的特点，易引起预聚体粘度过高且不易或无法分散，同样不适用于水性聚氨酯分散体的抑菌之用。

因此，开发一种具有本质型抗菌性能的聚氨酯材料具有积极的意义。

发明内容

为此，本发明所要解决的技术问题在于提供一种生物基抗菌水性聚氨酯分散体，所述聚氨酯分散体基于生物质原料制备，且相应的树脂分子主链具有抗菌基团，不仅克服了添加型抗菌剂的不足，且具有环境友好及绿色环保的优势；

本发明所要解决的第二个技术问题在于提供上述生物基抗菌水性聚氨酯分散体的制备方法。

本发明的目的是以生物质原料双酚酸为亲水基团、柠檬酸作为抗菌组分合成一种水性聚氨酯分散体，该方法制备的树脂采用了生物质原料，有助于降低石化资源的使用率，对于化工的可持续发展具有重要意义。此外相应的树脂分子主链具有抗菌基团，克服了添加型抗菌剂的不足，所制备的树脂可用于涂料、胶粘剂及油墨等领域。

为解决上述技术问题，本发明所述的一种生物基抗菌水性聚氨酯分散体，包括如下重量份的原料组分：多元醇70-90重量份、二异氰酸酯8-20重量份、亲水扩链剂0.005-0.05重量份、中和剂0.01-0.05重量份、抗菌性封端剂0.01-0.05重量份、醇类扩链剂0.001-0.05重量份、胺类扩链剂0.01-0.05重量份、催化剂0.001-0.005重量份。具体的，本发明所述抗菌性封端剂是指含有能与异氰酸酯反应的单官能度物质，可起到封端作用，同时具有抗菌作用的原料物质，本发明方案主要包括柠檬酸。所述的柠檬酸作为抗菌组分，其具有单羟基三个羧基的功能基团，同时可以作为亲水封端剂使用。