[發明專利]外層親水內層疏水的水性聚氨酯材料及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201810260998.7
• 申請日: 2018-03-28
• 公開（公告）號: CN108840991B
• 公開（公告）日: 2020-09-29
• 發明（設計）人: 譚鴻;張凡軍;羅鋒;方浩林;賀媛媛;李潔華;傅強
• 申請（專利權）人: 四川大學
• 主分類號: C08G18/78
• 分類號: C08G18/78;C08G18/48;C08G18/42;C08G18/32;C08G18/12;C09D175/08
• 代理公司: 成都帝鵬知識產權代理事務所(普通合伙) 51265
• 代理人: 黎照西

本發明提供了一種外層親水內層疏水的水性聚氨酯的制備方法，其包括如下步驟：向聚合物二元醇和二異氰酸酯中加入催化劑，于攪拌條件和氮氣保護下預聚反應；加入擴鏈劑Ⅰ，并在20～70℃下擴鏈反應15～120分鐘；在強力攪拌下，加水進行乳化或者加水的同時加入擴鏈劑Ⅱ并滴加中和劑再次擴鏈反應60～240分鐘，得到所述外層親水內層疏水的水性聚氨酯；所述擴鏈劑Ⅰ的化學結構式如式Ⅰ所示。本發明還提供了上述方法制備得到的水性聚氨酯及其在制備相應膜材料和涂層材料方面的應用。本發明原料安全無毒、合成方法簡單；所得材料具有優異耐水性和表面親水性，具有外層親水內層疏水的雙層結構，可作為相應用途的生物材料、海洋防污材料等使用。

技術領域

本發明屬于水性聚氨酯制備技術領域，具體涉及一種外層親水內層疏水的水性聚氨酯材料及其膜和制備方法。

背景技術

聚氨酯作為一種新型的聚合物材料，由于其具有良好的生物相容性和優異的物理機械性能，現已廣泛地應用于醫療、衛生、食品和其它工業領域。隨著人們環保意識及健康衛生觀念的增強，促使了水性聚氨酯的發展，因水性聚氨酯是以水來代替傳統聚氨酯有機溶劑體系，其不僅不易燃、無毒、不污染環境，且還能節約能源，易于加工，同時其粘度及流動性能與聚氨酯的分子量無關，可將分子量調到所希望的最高水平等優點，因此受到人們的廣泛關注。

在合成水性聚氨酯乳液的過程中需要引入相當量的親水性組分，來保證水性聚氨酯乳液的成功合成和儲存過程中的穩定性。但是，在作為膜材料或者涂層材料應用過程中，由于親水性組分的存在，會導致聚氨酯膜或涂層的吸水率升高，耐水性降低，限制其作為膜材料或者涂層材料在含水環境中的應用。

為了解決這一問題，有研究將硅或者氧化鋅或者粉煤灰等無機化合物通過化學改性或者物理共混的方式引入到水性聚氨酯乳液中來提高水性聚氨酯乳液的耐水性。這種方法在一定程度上提高了水性聚氨酯乳液的耐水性，但是這種方法不僅需要增加額外的制備步驟，而且降低了水性聚氨酯乳液的生物相容性和環境友好性，限制了其在醫療、食品等領域的應用。另一方面，通過這種方法得到的水性聚氨酯乳液制成的膜或者涂層通常具有較差的表面親水性，而親水性表面是膜或者涂層材料應用于醫療、衛生等領域的必備條件，因為親水性表面可以降低材料表面的蛋白吸附，血小板黏附，細菌增生等。

為了得到同時具有親水性表面和疏水性本體的水性聚氨酯膜或者涂層材料，有研究將聚乙二醇或透明質酸或殼聚糖等親水性化合物通過化學改性的方式引入到膜或者涂層材料的表面，這種方法在一定程度上得到了同時具有親水性表面和疏水性本體的水性聚氨酯膜或者涂層材料。但是這種方法涉及到復雜的化學合成，成本高昂，且難以規模化生產。

綜上所述，研究一種方法簡單的外層親水內層疏水的水性聚氨酯及其相應材料的制備方法是本領域所亟需的。

發明內容

針對現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種外層親水內層疏水的水性聚氨酯的制備方法，所述制備方法包括如下步驟：

(1)向聚合物二元醇和二異氰酸酯中加入催化劑，于攪拌條件和氮氣保護下預聚反應45～150分鐘；其中，聚合物二元醇和二異氰酸酯的摩爾份數分別為0.8-1.2份和3～3.6份，催化劑的添加量為聚合物二元醇和二異氰酸酯總物料重量的1～10‰；

(2)向步驟(1)所得物加入擴鏈劑Ⅰ，并在20～70℃下擴鏈反應15～120分鐘；其中，擴鏈劑Ⅰ的摩爾份數為0.2～0.5份；

(3)在強力攪拌下，向步驟(2)所得物中加水，同時加入擴鏈劑Ⅱ并滴加中和劑再次擴鏈反應60～240分鐘，得到所述外層親水內層疏水的水性聚氨酯；所述擴鏈劑Ⅱ的摩爾份數為1.5～1.8份；

所述擴鏈劑Ⅰ的化學結構式如式Ⅰ所示：

其中，A為氨基或者羥基；m,n相互獨立地為0～10中的任一整數；