[发明专利]原位聚合制备ZnO/纳米纤维素改性水性聚氨酯的合成方法

说明书

本发明公开了一种原位聚合制备ZnO/纳米纤维素复合粒子改性水性聚氨酯的合成方法，旨在提供一种力学性能、抗菌性和热稳定性能优异的复合材料，其技术要点依次包括下述步骤：多元醇、ZnO/纳米纤维素复合粒子、催化剂、三乙胺、含亲水基团的小分子扩链剂和异氰酸酯等保温反应一段时间，得到水性聚氨酯预聚体；继续加入小分子扩链剂，保温反应一段时间，得到水性聚氨酯扩链后的预聚体；最后加水高速剪切乳化得到ZnO/纳米纤维素复合粒子改性水性聚氨酯，本发明解决了现有技术中存在的ZnO/纳米纤维素和水性聚氨酯基体相容性差的问题。

技术领域

本发明属于高性能新型材料合成技术领域，具体涉及一种原位聚合制备ZnO/纳米纤维素改性水性聚氨酯的合成方法。

背景技术

纳米材料作为一种方兴正艾的功能材料，逐渐获得人们的青睐。纳米氧化锌(ZnO)是一种禁带宽度在3.37ev，颗粒尺寸在1-100nm左右的无机纳米材料，具有表界面效应、小尺寸效应、宏观量子隧道效应和抗菌性等。纳米纤维素(NCC)是近几年兴起的绿色高分子纳米材料，除了具有一般纳米材料优异的性能外，还具有良好的力学性能、高长径比和生物可降解性等。在以NCC为模板的基础上，通过水热法，制备出ZnO/纳米纤维素。目前将ZnO/纳米纤维素加入到水性聚氨酯中的制备方法，主要有物理共混和原位聚合法。物理共混法操作简单，但其与聚氨酯链间只有氢键作用相容性差，复合乳液储存稳定性低，材料综合性能稍弱。将其通过原位聚合的方式，加入到聚氨酯制备中，提高复合材料的力学性能、抗菌性和热稳定性等。

发明内容

本发明的目的是提供一种原位聚合制备ZnO/纳米纤维素改性水性聚氨酯的合成方法，解决了现有技术中存在的ZnO/纳米纤维素和水性聚氨酯基体相容性差的问题。

本发明所采用的技术方案是，原位聚合制备ZnO/纳米纤维素改性水性聚氨酯的合成方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1、按照质量百分比称取多元醇15％～25％、ZnO/纳米纤维素0.1％～3％、催化剂0.01％～0.1％、三乙胺0.5％～1.5％、含亲水基团的小分子扩链剂0.5％～2％、异氰酸酯5％～15％、小分子扩链剂0.1％～1％、水60％～80％，以上组份质量百分比之和为100％；

步骤2、取多元醇、ZnO/纳米纤维素、催化剂、三乙胺和含亲水基团的小分子扩链剂以及异氰酸酯反应一段时间，得到水性聚氨酯预聚体；

步骤3、在步骤2得到的水性聚氨酯预聚体中加入小分子扩链剂反应一段时间得到水性聚氨酯扩链后的预聚体；

步骤4、将步骤3得到的水性聚氨酯扩链后的预聚体加水乳化得到ZnO/纳米纤维素复合粒子改性水性聚氨酯。

本发明的特点还在于，

步骤1中的多元醇为聚醚多元醇、聚酯多元醇的一种或其组分的混合物。

步骤1中的含亲水基团的小分子扩链剂为二羟甲基丁酸、二羟甲基丙酸的一种。

步骤1中异氰酸酯可能为异佛尔酮二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯、六次亚甲基二异氰酸酯的一种。

步骤1中催化剂为二丁基二月桂酸锡或二醋酸二丁基锡的一种。

步骤1中小分子扩链剂为1,4-丁二醇、乙二胺的一种。

步骤2中多元醇、ZnO/纳米纤维素复合粒子、催化剂、三乙胺和含亲水基团的小分子扩链剂以及异氰酸酯的反应时间为0.5～3h，反应温度为40℃～90℃。

步骤3中水性聚氨酯预聚体与小分子扩链剂反应的反应时间为0.5～2h，反应温度为30℃～70℃。

本发明的有益效果是，原位聚合制备ZnO/纳米纤维素改性水性聚氨酯的合成方法，将ZnO/纳米纤维素通过原位聚合的方式引入到水性聚氨酯中，得到了ZnO/纳米纤维素改性水性聚氨酯，改性后的水性聚氨酯产品，具有更加优异的力学性能、抗菌性。