[发明专利]一种水性硝化棉及其乳液和制备方法

说明书

本发明提供一种水性硝化棉及其乳液及制备方法，以硝化棉分子为主要骨架，利用其活性基团的反应，引入亲水性(包括羧基、羧酸盐基、醚键)及特定功能性基团(环氧基团)，使所制备的新型硝化棉可稳定分散在水中；同时由于功能性基团的作用，本发明的产物成膜时可发生交联反应形成分子量无限大的三维体形分子，从而解决已有水性硝化棉成膜后附着力差、柔韧性差、耐水性不足的问题。

技术领域

本发明属于功能性有机高分子材料领域，具体涉及一种自乳化型水性硝化棉乳液。

背景技术

硝化棉又名硝化棉，是硝基涂料的主要成膜物质。传统的硝基涂料VOC(挥发性有机化合物)含量较高，在使用中会造成大气污染。近几年，随着环保力度的加大和绿色生产深入人心，水性硝基漆具有低VOC甚至零VOC、不燃、无毒、环保、节能等优点越来越受到人们的重视。但是现有水性硝化棉乳液存在稳定性差，成膜后柔韧性差、附着力差、耐水性不足的问题。现有水性硝化棉乳液的之二比，基本都是利用异氰酸酯原料的异氰酸根(-NCO)基团先后与亲水性羟基原料和硝化棉分子中保留的羟基反应，形成一定程度的扩链。由于亲水基团的引入，所得产物可稳定分散在水中形成水性硝化棉乳液(或称树脂)。但乳液(或称树脂)分子中不含有可发生进一步扩链反应的基团，在成膜中没有发生分子量的进一步长大，因而其耐水性较差，并且因为分子量偏小容易导致柔韧性差、附着力低等缺陷，导致此类技术及其相应产品的应用收到限制。

发明目的

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种水性硝化棉乳液及其制备方法，解决现有水性硝化棉乳液成膜后附着力差、柔韧性差、耐水性不足的问题。

本发明的主要构思是以硝化棉分子为主要骨架，利用其活性基团的反应，引入亲水性(包括羧基、羧酸盐基、醚键)及特定功能性基团(环氧基团)，使所制备的硝化棉可稳定分散在水中；同时由于功能性基团的作用，本发明所述水性硝化棉乳液与现有常规固化剂一起成膜时，可发生交联反应形成分子量无限大的三维体形分子，从而解决成膜后附着力差、柔韧性差、耐水性不足的问题。

本发明提供上述方法制备的水性硝化棉，其含有如下分子链段结构：

其中，R₁、R₂、R₃为根据原料的不同而不同。

R₁和R₂可以相同或不同，R₁、R₂为所述异氰酸酯物质分子去除所含异氰酸酯基团后的部分：如甲苯二异氰酸酯(TDI)、异弗尓酮二异氰酸酯(IPDI)、二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)、二环己基甲烷二异氰酸酯(HMDI)、六亚甲基二异氰酸酯(HDI)、赖氨酸二异氰酸酯(LDI)中的至少一种去除其分子所含异氰酸酯后的部分。

R₃为含亲水基团的双端羟基物质分子除去羟基后的剩余部分，如聚乙二醇200、聚乙二醇400、聚乙二醇600、聚乙二醇800、聚乙二醇1000、聚乙二醇3000、聚乙二醇6000中的至少一种，或二羟基羧酸类物质，或选自二羟甲基丙酸、二羟甲基丁酸、二羟基环丁烷羧酸、二羟基喹啉羧酸中的至少一种，去除羟基后的剩余部分。

如，当选用含亲水基团的双端羟基物质为二羟甲基丙酸、二羟甲基丁酸，异氰酸酯选用异弗尓酮二异氰酸酯时候，对应的硝化棉树脂典型分子链段的结构示意图如下：

该硝化棉树脂经过傅里叶变换红外光谱分析，在1107cm^-1处显示了醚键的特征吸收峰，在955cm^-1处显示了羧基的特征吸收峰，在1645、837、1277cm^-1处的三个特征吸收峰表明产物分子中仍然含有较多的硝化棉链段，如图1。