[发明专利]一种含荧光染料的水性聚氨酯的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于荧光水性聚氨酯技术领域，具体涉及一种含荧光染料的水性聚氨酯的制备方法。

背景技术

荧光染料是近年来飞速发展的一类材料。它可以通过分子设计，从而实现对荧光波长，荧光强度，双光子效应的控制。所以荧光染料可以应用在防伪标识，交通标志，生物显影，生物检测，化学检测，荧光油墨，荧光涂料等方面。

但是，荧光染料也有其缺陷。比如，合成步骤复杂，合成成本高，在应用时对环境要求较苛刻，易老化。甚至有些荧光染料不能很好地分散在水中，遇水出现荧光减弱，荧光猝灭或者直接被水解的现象。这些缺陷不但限制了荧光染料的应用领域，而且限制了荧光染料的推广。

为了解决荧光染料的以上缺陷，中国专利授权公告号CN1159387C“包覆荧光粉，制法及含有包覆荧光粉的长余辉荧光水性涂料”中公布了一种用高分子聚合物包覆荧光材料的方法。它将荧光材料混入高分子聚合物，再将含有荧光材料聚合物固化，粉碎后混入水性高分子中制成荧光水性涂料。该方法操作简单，但是荧光材料在水性高分子中的分散受到粉碎颗粒的限制，无法达到分子级别的分散。

中国专利公告号CN1990613B“色彩转换用丝网印刷荧光涂料及其制备方法”中公布了了一种将荧光染料混入自聚丙烯酸酯或环氧基丙烯酸酯预聚物，涂覆后采用热固化的方式固化。由于荧光染料是直接混入的，分散程度有限，加入量较多,荧光染料加入量为10～50%。该方法不是特别经济。

中国专利申请公告号CN101921507A“水性防伪印油”公布了一种将荧光粉混入水性聚氨酯的方法。由于分散程度有限，该方法荧光粉加入量为15%～25%，这个加入量对于较昂贵的人工合成荧光粉并不经济。

水性聚氨酯应用面比较广，其分子量和软硬度都可以自由调节。最重要的是水性聚氨酯是一种嵌段共聚物，它含有亲油链段和亲水链段。将人工合成荧光染料接到聚氨酯链段上，可以将荧光染料的分散程度很高，是分子级别的分散。在聚氨酯分子链的保护下，荧光分子可以在水相稳定存在，而且荧光分子加入量在0.01%的情况下依然可以具有较强的荧光和双光子效应。这在降低高级荧光染料的应用成本和活细胞检测方面具有重要意义。

将荧光分子接到聚氨酯分子链上可以解决荧光分子的保护和分散的问题，同时降低荧光染料应用成本。该荧光水性聚氨酯可以应用在防伪标识，交通标志，生物显影，生物检测，化学检测，荧光油墨，荧光涂料等方面。

发明内容

本发明的目的在于提供一种含荧光染料的水性聚氨酯的制备方法。本发明采用接枝反应工艺方法，选用含有羟基或氨基的荧光染料、二异氰酸酯、大分子多元醇、小分子扩链剂、亲水扩链剂为原料合成荧光水性聚氨酯。将含有活泼氢的荧光染料与异氰酸酯反应而将染料母体接入聚氨酯分子链上，再通过扩链、交联、侧挂活性基团、引亲水剂的方法，在聚氨酯链上引入交联点、活性基团和亲水基团，并使分子量足够大后，中和，乳化以制得水性聚氨酯荧光染料。通过对聚氨酯的设计和荧光分子的选择，荧光水性聚氨酯可以有不同的用途。

为实现上述发明目的，本发明采用以下技术方案：

一种含荧光染料的水性聚氨酯的制备方法，其特征在于包括以下操作步骤：

（1） 将荧光染料5～2000mg用5～30g非质子溶剂溶解，得到荧光染料溶液；

（2） 在干燥氮气保护下，将真空脱水后的大分子多元醇：20～40g加入250ml三口烧瓶中，按计量加入多异氰酸酯10～60g，加入荧光染料溶液混合均匀后升温至70～90℃反应2小时，得到荧光聚氨酯预聚物a₁；

（3） 向荧光聚氨酯预聚物a₁中加入亲水扩链剂1～20g，小分子二元醇0～15g，小分子多元醇0～10g，催化剂0～0.12g，非质子溶剂20～100g，并在50～70℃反应4～6小时后，降温至20～40℃出料，得到荧光水性聚氨酯预聚体a₂；

（4） 将荧光水性聚氨酯预聚体a₂倒入乳化桶中，用中和剂0～10g中和后，加水：150～300g高速乳化,加入得到含固量10～45％的荧光水性聚氨酯乳液。

本发明步骤(1)和(3)中所述的非质子溶剂为丙酮、N-甲基吡咯烷酮、丁酮、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、N-甲基-2-吡咯烷酮、乙酸乙酯中的一种或两种溶剂。