壳聚糖改性阳离子水性聚氨酯树脂、其制备方法及应用技术

本发明专利技术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，R

【技术实现步骤摘要】
壳聚糖改性阳离子水性聚氨酯树脂、其制备方法及应用
本专利技术属于聚氨酯
，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。
技术介绍
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。本专利技术考虑提供一种壳聚糖改性的阳离子水性聚氨酯树脂。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术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。本专利技术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。本专利技术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；所述步骤S3)中加热反应的温度为65℃～85℃；所述加热反应的时间为1.5～2h。优选的，所述包含式(6)结构的二氧化碳基二元醇与式(II)所示的二异氰酸酯的质量比为(110～185)：(16～92)；所述式(III)所示的亲水扩链剂与包含式(6)结构的二氧化碳基二元醇的质量比为：(2.95～11.40)：(110～185)；所述壳聚糖与包含式(6)结构的二氧化碳基二元醇的质量比为(2.95～11.40)：(110～185)。优选的，所述步骤S2)中的催化剂为二月桂酸二丁基锡。优选的，所述步骤S5)具体为：将所述第三产物与酸混合进行中和反应后，加水搅拌进行乳化，得到式(I)所示的壳聚糖改性阳离子水性聚氨酯树脂；所述搅拌的速度为1200～1800rpm；所述搅拌的时间为0.5～2h。本专利技术还提供了一种上述壳聚糖改性阳离子水性聚氨酯树脂在涂料中的应用。优选的，所述涂料包括：-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。本专利技术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选自式(1)～式(5)中的一种；R2如式(6)所示；m为1～30，z为1～35；R3为酸根；R4选自C1～C10的烷基或C6～C10的芳香基；a为1～4的整数；n为2～200的整数。与现有技术相比，本专利技术采用壳聚糖分子替代了部分多元醇或扩链剂的使用以减少对石化资源的依赖，同时壳聚糖链段的引进使壳聚糖改性阳离子水性聚氨酯树脂具有较好的疏水作用，提高了壳聚糖改性阳离子水性聚氨酯树脂成膜耐水性及机械性能。附图说明图1为本专利技术实施例1中得到式(I)所示的壳聚糖改性阳离子水性聚氨酯树脂的红外谱图；图2为本专利技术实施例2中得到式(I)所示的壳聚糖改性阳离子水性聚氨酯树脂的红外谱图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术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：所述-R1-为以下结构中的一种：-R2-如式(6)所示：m为1～30，优选为10～25；z为1～35，优选为5～30；R3为酸根，优选为以下结构中的一种：Cl式(10)。R4为C1～C10的烷基或C6～C10的芳香基，优选为C1～C8的烷基或C6～C8的芳香基，更优选为C1～C6的烷基或苯基，再优选为C1～C4的烷基或苯基，最优选为以下结构中的一种：-CH3式(11)；a为1～4的整数，优选为2～3的整数；n为2～200的整数。其中式(I)中的代表重复单元。本专利技术采用壳聚糖分子替代了部分多元醇或扩链剂的使用以减少对石化资源的依赖，同时壳聚糖链段的引进使壳聚糖改性阳离子水性聚氨酯树脂具有较好的疏水作用，提高了壳聚糖改性阳离子水性聚氨酯树脂成膜的耐候性、耐水性及机械性能。本专利技术还提供了一种上述壳聚糖改性阳离子水性聚氨酯树脂的制备方法，其特征在于，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，乳本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种壳聚糖改性阳离子水性聚氨酯树脂，如式(I)所示：

【技术特征摘要】
1.一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。2.一种壳聚糖改性阳离子水性聚氨酯树脂的制备方法，其特征在于，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。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，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。4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，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...

【专利技术属性】
技术研发人员：李颖，张亚明，张红明，汪金，王献红，王佛松，
申请(专利权)人：中国科学院长春应用化学研究所，
类型：发明
国别省市：吉林,22