纖維素改性陽離子水性聚氨酯樹脂、其制備方法及應用技術

本發明專利技術提供了一種纖維素改性陽離子水性聚氨酯樹脂，具有式(I)～式(IV)所示的結構中的一種或多種，R

Cellulose modified cationic aqueous polyurethane resin, preparation method and application thereof

The present invention provides a cellulose modified cationic waterborne polyurethane resin having one or more of the structures shown in the formula (I) to R (IV)

【技術實現步驟摘要】
纖維素改性陽離子水性聚氨酯樹脂、其制備方法及應用
本專利技術屬于聚氨酯
，尤其涉及一種纖維素改性陽離子水性聚氨酯樹脂、其制備方法及應用。
技術介紹
隨著各國環境安全法律法規的出臺，溶劑型聚氨酯的應用受到了限制，水性聚氨酯的研制與生產受到世界各國的重視。目前用于制備聚氨酯的低分子二元醇主要原料都是基于石油資源，所制備的水性聚氨酯乳液無法擺脫對石化資源的依賴。利用二氧化碳和環氧丙烷共聚制備二氧化碳基多元醇，進而制備水性聚氨酯能夠減少對石化資源的依賴。采用二氧化碳基多元醇制備的水性聚氨酯與傳統的聚酯多元醇和聚醚多元醇制備的水性聚氨酯相比具有較為優異的耐水性和機械性能，是一種制備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多為雙官能團化合物，并且其在合成過程中接枝了離子基團，故單純的水性聚氨酯成膜后存在著耐水性差、耐候性差、熱穩定性以及光澤度欠佳等缺點。對水性聚氨酯進行改性已成為目前研究的熱點。鑒于“綠色化學”和“清潔生產”的要求，需要采用天然材料進行改性以得到真正意義上的綜合性能優異的環保型水性聚氨酯膠黏劑。纖維素作為最寶貴的天然可再生資源，取之不盡用之不竭。纖維素及其衍生物在紡織、輕工、化工、國防、石油、醫藥、能源、生物技術和環境保護等部門應用十分廣泛。近年來隨著石油、煤炭儲量的減少以及環境污染問題日益嚴重，纖維素這種天然可再生資源的應用受到重視。纖維素可廣泛替代石油化工原料，對緩解世界能源與環境問題有著重大意義，另外纖維素的分子鏈上存在大量具有高反應活性的羥基，為其化學改性創造了良好條件。本專利技術考慮提供一種纖維素改性的陽離子水性聚氨酯樹脂。
技術實現思路
有鑒于此，本專利技術要解決的技術問題在于提供一種纖維素改性陽離子水性聚氨酯樹脂、其制備方法及應用，該纖維素改性陽離子水性聚氨酯樹脂具有較好的耐水性能和機械性能。本專利技術提供了一種纖維素改性陽離子水性聚氨酯樹脂，具有式(I)～式(IV)所示的結構中的一種或多種：-R1-選自以下結構中的一種：-R2-如式(6)所示：m為1～30，n為1～35；R3選自以下結構中的一種或多種：Cl式(10)；-R4選自以下結構中的一種：-CH3式(11)；a為1～4的整數；t、t1、t2與t3各自獨立地為300～2000的整數；x、y、z與y1各自獨立地為1～5的整數。本專利技術還提供了一種纖維素改性陽離子水性聚氨酯樹脂的制備方法，包括以下步驟：S1)在保護氣氛中，將包含式(6)結構的二氧化碳基二元醇與式(V)所示的二異氰酸酯混合，加熱反應，得到第一產物；S2)將所述第一產物與式(VI)所示的親水擴鏈劑在催化劑存在的條件下反應，得到第二產物；S3)將所述第二產物、纖維素與式(VII)所示的二醇混合加熱反應，得到第三產物；所述纖維素為羥乙基纖維素、羥丙基纖維素、羥乙基甲基纖維素與羥丙基甲基纖維素中的一種或多種；S4)將所述第三產物與酸混合進行中和反應，乳化后，得到具有式(I)～式(IV)所示的結構中的一種或多種的纖維素改性陽離子水性聚氨酯樹脂；OCN-R1-NCO式(V)；-R1-選自以下結構中的一種：-R2-如式(6)所示：m為1～30，n為1～35；R3選自以下結構中的一種或多種：Cl式(10)；-R4選自以下結構中的一種：-CH3式(11)；a為1～4的整數；t、t1、t2與t3各自獨立地為300～2000的整數；x、y、z與y1各自獨立地為1～5的整數。優選的，所述包含式(6)結構的二氧化碳基二元醇的分子量為1500～5000道爾頓。優選的，所述步驟S1)中加熱反應的溫度為70℃～80℃；所述加熱反應的時間為1.5～3h；所述步驟S2)中反應的溫度為30℃～40℃；所述反應的時間為1～2h；所述步驟S3)中加熱反應的溫度為65℃～80℃；所述加熱反應的時間為1.5～2h。優選的，所述包含式(6)結構的二氧化碳基二元醇與式(V)所示的二異氰酸酯的質量比為(100～190)：(20.9～90)；所述式(VI)所示的親水擴鏈劑與包含式(6)結構的二氧化碳基二元醇的質量比為(2.95～17.95)：(100～190)；所述纖維素與包含式(6)結構的二氧化碳基二元醇的質量比為(1.29～8.60)：(100～190)；所述式(VII)所示的二醇與包含式(6)結構的二氧化碳基二元醇的質量比為(2.88～10.50)：(100～190)。優選的，所述步驟S2)中的催化劑為二月桂酸二丁基錫。優選的，所述步驟S1)具體為：在保護氣氛中，將包含式(6)結構的二氧化碳基二元醇升溫至90℃～110℃減壓蒸餾1～1.5h后，降溫至70℃～80℃，再加入式(V)所示的二異氰酸酯混合反應，得到第一產物。優選的，所述步驟S4)具體為：將所述第三產物與酸混合進行中和反應后，加水攪拌進行乳化，得到式(I)所示的纖維素改性陽離子水性聚氨酯樹脂；所述攪拌的速度為1200～1800rpm；所述攪拌的時間為0.5～2h。本專利技術還提供了一種上述纖維素改性陽離子水性聚氨酯樹脂在水性聚氨酯膠黏劑中的應用。優選的，所述水性聚氨酯膠黏劑包括：-R1-選自以下結構中的一種：-R2-如式(6)所示：m為1～30，n為1～35；R3選自以下結構中的一種或多種：Cl式(10)；-R4選自以下結構中的一種：-CH3式(11)；a為1～4的整數；t、t1、t2與t3各自獨立地為300～2000的整數；x、y、z與y1各自獨立地為1～5的整數。本專利技術提供了一種纖維素改性陽離子水性聚氨酯樹脂，具有式(I)～式(IV)所示的結構中的一種或多種，R1選自式(1)～式(5)中的一種；R2如式(6)所示；m為1～30，n為1～35；R3為酸根；；a為1～4的整數；t、t1、t2與t3各自獨立地為300～2000的整數；x、y、z與y1各自獨立地為1～5的整數。與現有技術相比，本專利技術采用纖維素分子替代了部分多元醇或擴鏈劑的使用以減少對石化資源的依賴，同時纖維素鏈段的引進使纖維素改性陽離子水性聚氨酯樹脂具有較好的疏水作用，提高了纖維素改性陽離子水性聚氨酯樹脂膠黏劑成膜的疏水作用，并賦予膠膜良好的耐候性。附圖說明圖1為本專利技術實施例1中得到纖維素改性陽離子水性聚氨酯樹脂的紅外譜圖；圖2為本專利技術實施例2中得到纖維素改性陽離子水性聚氨酯樹脂的紅外譜圖。具體實施方式下面將結合本專利技術實施例，對本專利技術實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本專利技術一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本專利技術中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本專利技術保護的范圍。本專利技術提供了一種纖維素改性陽離子水性聚氨酯樹脂，具有式(I)～式(IV)所示的結構中的一種或多種：-R1-選自以下結構中的一種：-R2-如式(6)所示：m為1～30，優選為10～25；n為1～35，優選為5～30；；R3選自以下結構中的一種或多種：Cl式(10)；-R4選自以下結構中的一種：-CH3式(11)；a為1～4的整數，優選為2～3的整數；t、t1、t2與t3各自獨立地為300～2000的整數；x、y、z與y1各自獨立地為1～5的整數。本專利技術采用纖維素分子替代了部分多元醇或擴鏈劑的使用以減少對石化資源的依賴，同時纖維素鏈段的引進使纖本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種纖維素改性陽離子水性聚氨酯樹脂，具有式(I)～式(IV)所示的結構中的一種或多種：

【技術特征摘要】
1.一種纖維素改性陽離子水性聚氨酯樹脂，具有式(I)～式(IV)所示的結構中的一種或多種：-R1-選自以下結構中的一種：-R2-如式(6)所示：m為1～30，n為1～35；R3選自以下結構中的一種或多種：Cl式(10)；-R4選自以下結構中的一種：-CH3式(11)；a為1～4的整數；t、t1、t2與t3各自獨立地為300～2000的整數；x、y、z與y1各自獨立地為1～5的整數。2.一種纖維素改性陽離子水性聚氨酯樹脂的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：S1)在保護氣氛中，將包含式(6)結構的二氧化碳基二元醇與式(V)所示的二異氰酸酯混合，加熱反應，得到第一產物；S2)將所述第一產物與式(VI)所示的親水擴鏈劑在催化劑存在的條件下反應，得到第二產物；S3)將所述第二產物、纖維素與式(VII)所示的二醇混合加熱反應，得到第三產物；所述纖維素為羥乙基纖維素、羥丙基纖維素、羥乙基甲基纖維素與羥丙基甲基纖維素中的一種或多種；S4)將所述第三產物與酸混合進行中和反應，乳化后，得到具有式(I)～式(IV)所示的結構中的一種或多種的纖維素改性陽離子水性聚氨酯樹脂；OCN-R1-NCO式(V)；-R1-選自以下結構中的一種：-R2-如式(6)所示：m為1～30，n為1～35；R3選自以下結構中的一種或多種：Cl式(10)；-R4選自以下結構中的一種：-CH3式(11)；a為1～4的整數；t、t1、t2與t3各自獨立地為300～2000的整數；x、y、z與y1各自獨立地為1～5的整數。3.根據權利要求2所述的制備方法，其特征在于，所述包含式(6)結構的二氧化碳基二元醇的分子量為1500～5000道爾頓。4.根據權利要求2所述的制備方法，其特征在于，所述步驟S1)中加熱反應的溫度為70℃～80℃；所述加熱反應的時間為1.5～3h；所述步驟S2)中反應的溫度為30℃～40℃；所述反應的時間為1～2h；所述步驟S3)中加熱反應的...

【專利技術屬性】
技術研發人員：李穎，張紅明，張亞明，汪金，王獻紅，王佛松，
申請(專利權)人：中國科學院長春應用化學研究所，
類型：發明
國別省市：吉林,22