[发明专利]一种可降解水性聚氨酯及其制备方法

说明书

本发明涉及一种可降解水性聚氨酯，所述水性聚氨酯包括如下重量份数的组成：聚醚多元醇35‑60份、改性壳聚糖5‑12份、多异氰酸酯30‑55份、环氧树脂3‑8份、聚乳酸二元醇10‑20份、催化剂0.5‑1份、消泡剂0.2‑0.3份、水50‑80份；所述改性壳聚糖为季铵化壳聚糖与壳聚糖磷酸酯的组合物，二者质量比为1‑4∶1。所述聚乳酸二元醇的平均分子量为1324；作为一种聚氨酯软段结构与季铵化壳聚糖和壳聚糖磷酸酯的复合物配合使用，通过复合制成低共熔混合物。本发明的有益效果在于，采用改性壳聚糖和聚乳酸二元醇的共熔物作为软段添加剂，可有效提高水性聚氨酯的可生物降解性；共熔改性后的壳聚糖和聚乳酸二元醇结合环氧树脂的固化改性，使其保持较高的拉伸强度和抗收缩性能。

技术领域

本发明属于聚氨酯技术领域，具体涉及一种可生物降解的水性聚氨酯及其制备方法。

背景技术

聚氨酯作为塑料大家族中的一种，其产品废弃物对环境的污染不可小觑.聚氨酯废料(PUW)资源化回收再利用率较低，而热解法、氨解法、醇解法、碱解法等化学回收法工艺成本较高；掩埋处理则自然降解缓慢，从而导致大量固体废物的产生；焚烧处理产生HCN、CO₂、CO易造成二次污染。随着聚氨酯产量的递增和在不同领域的大规模使用，以可再生的生物基原料为前驱物制备绿色、均质、高性能的新型聚氨酯产品受到了人们的广泛关注。水性聚氨酯(WPU)是指通过亲水扩链剂往聚氨酯主链中引入亲水基团，并以去离子水作为分散介质代替挥发性有机溶剂的新型聚氨酯体系。具有无污染、性能可调控、生物相容性好、可降解等优点；在新型涂料、形状记忆材料、可降解3D打印支架、水性导电油墨、阻燃塑料泡沫、胶粘剂、药物包裹、生物组织工程和静电纺丝等领域的应用越来越受重视。

高分子材料的化学结构直接影响着生物可降解能力的强弱，一般情况下，脂肪族酯键、肽键氨基甲酸酯脂肪族醚键亚甲基，分子量大、分子排列规整、疏水性大的高分子材料不利于微生物的侵蚀和生长，不利于生物降解。通过各种研究表明，降解产生的碎片长度与高分子材料单晶晶层厚度成正比，极性越小的共聚酯越易于被真菌降解，细菌对氨基含量高的高分子材料的降解作用十分明显。聚氨酯作为一种绿色高分子材料，分子中含有大量的氨基甲酸酯链段，具有良好的生物相容性，同时这种结构也决定了它具有良好的生物可降解性。然而，目前针对生物可降解的聚氨酯材料的研究还处于起步阶段，真正具有生物可降解的聚氨酯材料品种有限，应用范围还比较窄。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明提供一种可降解水性聚氨酯，所述水性聚氨酯包括如下重量份数的组成：聚醚多元醇35-60份、改性壳聚糖5-12份、多异氰酸酯30-55份、环氧树脂3-8份、聚乳酸二元醇10-20份、催化剂0.5-1份、消泡剂0.2-0.3份、水50-80份；

所述改性壳聚糖为季铵化壳聚糖与壳聚糖磷酸酯的组合物，二者质量比为1-4∶1；

所述季铵化壳聚糖结构为：

该结构为季铵盐结构，水溶性较好，有利于聚氨酯链段的分散，提高聚氨酯乳液的体系均一性。

所述壳聚糖磷酸酯结构为：

该结构通过磷酸酯改性后，具有一定的阻燃性能，添加一定量的磷酸酯提高了聚氨酯膜的阻燃性能；同时，结构中的活性-NH2官能团还能够与环氧树脂反应，起到环氧固化剂的作用；

所述聚乳酸二元醇分子量为平均分子量1324，是一种可降解的热塑性脂肪族聚酯，作为一种聚氨酯软段结构与季铵化壳聚糖和壳聚糖磷酸酯的复合物配合使用，通过复合制成低共融混合物，提升了改性壳聚糖的分散性能；共聚时，聚乳酸二元醇、季铵化壳聚糖和壳聚糖磷酸酯能够均匀分散到聚氨酯链段结构中，大分子的聚乳酸二元醇可以有效增加聚氨酯链段间的距离，从而避免了改性壳聚糖结构中过多的羟基参与聚合反应造成的硬段含量增大，产品体积收缩，拉伸性能降低等问题。