[发明专利]外层亲水内层疏水的水性聚氨酯材料及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种外层亲水内层疏水的水性聚氨酯的制备方法，其包括如下步骤：向聚合物二元醇和二异氰酸酯中加入催化剂，于搅拌条件和氮气保护下预聚反应；加入扩链剂Ⅰ，并在20～70℃下扩链反应15～120分钟；在强力搅拌下，加水进行乳化或者加水的同时加入扩链剂Ⅱ并滴加中和剂再次扩链反应60～240分钟，得到所述外层亲水内层疏水的水性聚氨酯；所述扩链剂Ⅰ的化学结构式如式Ⅰ所示。本发明还提供了上述方法制备得到的水性聚氨酯及其在制备相应膜材料和涂层材料方面的应用。本发明原料安全无毒、合成方法简单；所得材料具有优异耐水性和表面亲水性，具有外层亲水内层疏水的双层结构，可作为相应用途的生物材料、海洋防污材料等使用。

技术领域

本发明属于水性聚氨酯制备技术领域，具体涉及一种外层亲水内层疏水的水性聚氨酯材料及其膜和制备方法。

背景技术

聚氨酯作为一种新型的聚合物材料，由于其具有良好的生物相容性和优异的物理机械性能，现已广泛地应用于医疗、卫生、食品和其它工业领域。随着人们环保意识及健康卫生观念的增强，促使了水性聚氨酯的发展，因水性聚氨酯是以水来代替传统聚氨酯有机溶剂体系，其不仅不易燃、无毒、不污染环境，且还能节约能源，易于加工，同时其粘度及流动性能与聚氨酯的分子量无关，可将分子量调到所希望的最高水平等优点，因此受到人们的广泛关注。

在合成水性聚氨酯乳液的过程中需要引入相当量的亲水性组分，来保证水性聚氨酯乳液的成功合成和储存过程中的稳定性。但是，在作为膜材料或者涂层材料应用过程中，由于亲水性组分的存在，会导致聚氨酯膜或涂层的吸水率升高，耐水性降低，限制其作为膜材料或者涂层材料在含水环境中的应用。

为了解决这一问题，有研究将硅或者氧化锌或者粉煤灰等无机化合物通过化学改性或者物理共混的方式引入到水性聚氨酯乳液中来提高水性聚氨酯乳液的耐水性。这种方法在一定程度上提高了水性聚氨酯乳液的耐水性，但是这种方法不仅需要增加额外的制备步骤，而且降低了水性聚氨酯乳液的生物相容性和环境友好性，限制了其在医疗、食品等领域的应用。另一方面，通过这种方法得到的水性聚氨酯乳液制成的膜或者涂层通常具有较差的表面亲水性，而亲水性表面是膜或者涂层材料应用于医疗、卫生等领域的必备条件，因为亲水性表面可以降低材料表面的蛋白吸附，血小板黏附，细菌增生等。

为了得到同时具有亲水性表面和疏水性本体的水性聚氨酯膜或者涂层材料，有研究将聚乙二醇或透明质酸或壳聚糖等亲水性化合物通过化学改性的方式引入到膜或者涂层材料的表面，这种方法在一定程度上得到了同时具有亲水性表面和疏水性本体的水性聚氨酯膜或者涂层材料。但是这种方法涉及到复杂的化学合成，成本高昂，且难以规模化生产。

综上所述，研究一种方法简单的外层亲水内层疏水的水性聚氨酯及其相应材料的制备方法是本领域所亟需的。

发明内容

针对现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种外层亲水内层疏水的水性聚氨酯的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

(1)向聚合物二元醇和二异氰酸酯中加入催化剂，于搅拌条件和氮气保护下预聚反应45～150分钟；其中，聚合物二元醇和二异氰酸酯的摩尔份数分别为0.8-1.2份和3～3.6份，催化剂的添加量为聚合物二元醇和二异氰酸酯总物料重量的1～10‰；

(2)向步骤(1)所得物加入扩链剂Ⅰ，并在20～70℃下扩链反应15～120分钟；其中，扩链剂Ⅰ的摩尔份数为0.2～0.5份；

(3)在强力搅拌下，向步骤(2)所得物中加水，同时加入扩链剂Ⅱ并滴加中和剂再次扩链反应60～240分钟，得到所述外层亲水内层疏水的水性聚氨酯；所述扩链剂Ⅱ的摩尔份数为1.5～1.8份；

所述扩链剂Ⅰ的化学结构式如式Ⅰ所示：

其中，A为氨基或者羟基；m,n相互独立地为0～10中的任一整数；