半互穿聚合物网络材料及其制备方法和用途技术

本发明专利技术公开了一种硝化魔芋葡苷聚糖与蓖麻油型聚氨酯形成半互穿聚合物网络材料及其制备方法和用途。它是用聚氨酯预聚物、硝化魔芋葡苷聚糖、１，４－丁二醇和二乙烯三胺在四氢呋喃或乙酸乙酯中搅拌反应后在５０－７０℃下固化５－６小时得到的产物。这种膜材料具有良好的力学性能、优良的透光性和生物降解性，而且生产过程简单、方便。它可用作可生物降解的涂料及膜材料，在医药、日用、化工和环保领域有应用前景。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种半互穿聚合物网络材料及其制备方法和用途，它是由蓖麻油型聚氨酯和硝化魔芋葡苷聚糖制得的功能材料，属于功能高分子领域，也属于天然高分子领域。由于不可再生资源的日益消耗和合成材料制成品的广泛使用而造成的严重环境污染，可再生资源-天然高分子的开发和利用越来越受到重视。天然多糖是环境友好材料，属再生资源，可望替代某些石油化学品。在中国和日本盛产魔芋，原料十分丰富，成熟魔芋块茎约含有50％的多糖。魔芋葡苷聚糖是主链由D-甘露糖和D-葡萄糖以β-1，4吡喃糖苷键连结的杂多糖。它具有良好的生物相容性和特殊的流变性，因而魔芋葡苷聚糖及其衍生物在食品化学领域已被用作食品添加剂和保鲜剂(Cl.C12G3/08)；食品科学，19(11),50,1998]。同时它们还可用作伤口辅助愈合材料和药物控制释凝胶材料。然而，魔芋葡苷聚糖由于耐水性差而限制了它在工艺上的应用。天然高分子与合成高分子共混或形成互穿聚合物网络(IPN)可提高其耐水性和力学性能。已报道用木质素和纤维素衍生物与聚氨酯共混改性材料。本课题组已证明蓖麻油型聚氨酯具有可生物降解性，因此它是用于天然高分子改性的一种较理想的共混原料。迄今为止关于用魔芋葡苷聚糖和聚氨酯制备新材料未见报道。本专利技术的目的是提供一种由硝化魔芋葡苷聚糖与蓖麻油型聚氨酯得到的半互穿聚合物网络材料，以及这种材料的制备方法和用途。该方法充分利用魔芋这种价廉的再生资源，用简单的方法制得工业用材料，而且兼具有可生物降解性，有利于环保，尤其对使魔芋主要生长山区开发高附加值的高科技含量的产品具有重要意义。为实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案如下一种硝化魔芋葡苷聚糖和蓖麻油型聚氨酯半互穿聚合物网络材料，它是用聚氨酯预聚物、硝化魔芋葡苷聚糖、1,4-丁二醇和二乙烯三胺在四氢呋喃或乙酸乙酯中搅拌反应后在50-70℃下固化5-6小时得到的产物－硝化魔芋葡苷聚糖和蓖麻油型聚氨酯半互穿聚合物网络材料，其中的硝化魔芋葡苷聚糖为20-40％。一种制备硝化魔芋葡苷聚糖和蓖麻油型聚氨酯半互穿聚合物网络材料的方法将3克按/=2制备的聚氨酯预聚物0.82-2.19克硝化魔芋葡苷聚糖、0.226克1,4-丁二醇和0.06克二乙烯三胺混合，以四氢呋喃或乙酸乙酯为溶剂，反应体系的固含量为20％左右，搅拌20分钟后在50-70℃下固化5-6小时得到的产物－硝化魔芋葡苷聚糖和蓖麻油型聚氨酯半互穿聚合物网络材料。根据本专利技术的技术方案，所述的硝化魔芋葡苷聚糖的取代度为1-3、重均分子量为2-6×104、多分散系数为1.65-1.75，其制备方法为用4克魔芋葡苷聚糖和150克硝化试剂(100克发烟硝酸、10克硫酸、40克五氧化二磷组成)混合，并在冰盐水浴冷却2小时，然后于20℃反应1-3天后用水反复洗涤所得固体粗产物，得到的硝化魔芋葡苷聚糖在乙酸乙酯和四氢呋喃中有良好溶解性。根据本专利技术的技术方案，蓖麻油型聚氨酯预聚物的制备参照L.H.Sperling的方法(Macromolecules,12,360,1979)。蓖麻油在100℃、20mmHg的压力下脱水一小时，甲苯二异氰酸酯使用前重蒸。将蓖麻油缓慢地滴加入甲苯二异氰酸酯在40℃下搅拌反应2小时。蓖麻油与甲苯二异氰酸酯的质量比为57∶29。本专利技术所得的硝化魔芋葡苷聚糖和蓖麻油型聚氨酯半互穿聚合物网络新材料具有可生物降解性良好的力学性能和光学性能，因此可用作高性能的防水性绿色涂料，也可作为具有可生物降解性功能膜材料而用于绿色化工领域。本专利技术科技含量高，具有创新性。本专利技术以发烟硝酸、硫酸与五氧化二磷混合物为硝化试剂，与魔芋葡苷聚糖反应制得硝化魔芋葡苷聚糖，并首次用硝化魔芋葡苷聚糖和蓖麻油型聚氨酯混合并加入无毒无害的扩链剂和催化剂，制得半互穿聚合物网络涂料，并通过热固化制得的膜的力学性能和光学性能比一般聚氨酯膜有明显提高，而且加入硝化魔芋葡苷聚糖后使固化时间由纯聚氨酯的16小时以上缩短为5-6小时(对于厚度为100μm的膜)，从而大大缩短了固化时间。若用作涂料，涂层为1μm厚，则固化时间将进一步缩短至3-5分钟，因此有显著的技术进步。红外、扫描电镜等测试结果证明膜中两种物质分子间形成较强的氢键而使它们具有良好的相容性，由此引起力学强度及透光性的提高。以下结合具体的实施例对本专利技术的技术方案作进一步的说明40℃下按/=2的投料比将蓖麻油滴加到甲苯二异氰酸酯中，40分钟内滴加完后升温至50℃反应1小时制得聚氨酯预聚物。预先溶于四氢呋喃的3克预聚物和0.82克的硝化魔芋葡苷聚糖混和并加入0.226克1,4-丁二醇和0.06克二乙烯三胺分别作扩链剂与催化剂，继续加入四氢呋喃至固含量为20％，搅拌20分钟，然后在50℃下固化6小时制得含硝化魔芋葡苷聚糖为20％的半互穿聚合物网络膜。纯聚氨酯膜(对照例)由3克预聚物与0.226克1,4-丁二醇和0.06克二乙烯三胺混合并按上述同样方法制备。其力学性能和透光性见附表1。其力学性能和透光性见附表1。按实施例1制备硝化魔芋葡苷聚糖和聚氨酯预聚物。预先溶于乙酸乙酯的3克预聚物和0.82克的硝化魔芋葡苷聚糖混和并加入0.226克1,4-丁二醇和0.06克二乙烯三胺分别作扩链剂与催化剂，继续加入乙酸乙酯至固含量为20％，搅拌20分钟，然后在70℃下固化5小时制得含硝化魔芋葡苷聚糖为20％的半互穿聚合物网络膜。其力学性能和透光性见附表1。其力学性能和透光性见附表1。附表1 膜的力学性能和透光性膜(膜中硝化魔芋 拉伸强度透光性葡苷聚糖的含量) (MPa) 400nm 600nm 800nm对照例纯聚氨酯膜 23.5507783实施例1 PUNK-2(20％) 33.7548388实施例2 PUNK-4(40％) 32.7517987实施例3 PUNK-2(20％) 63.9477785实施例4 PUNK-4(40％) 44 548288(注所有膜的力学性能均在深圳SANS测试仪器公司的CMT6503仪器上测得；所有膜的透光性均在日本岛津紫外可见光谱仪UV-160上测得)权利要求1．一种硝化魔芋葡苷聚糖和蓖麻油型聚氨酯半互穿聚合物网络材料，其特征在于它是用聚氨酯预聚物、硝化魔芋葡苷聚糖、1,4-丁二醇和二乙烯三胺在四氢呋喃或乙酸乙酯中搅拌反应后在50-70℃下固化5-6小时得到的产物，其中的硝化魔芋葡苷聚糖为20-40％。2．一种制备权利要求1所述的硝化魔芋葡苷聚糖和蓖麻油型聚氨酯半互穿聚合物网络材料的方法，其特征在于将3克按/=2制备的聚氨酯预聚物、0.82-2.19克硝化魔芋葡苷聚糖、0.226克1,4-丁二醇和0.06克二乙烯三胺混合，以四氢呋喃或乙酸乙酯为溶剂，反应体系的固含量为20％左右，搅拌20分钟后在50-70℃下固化5-6小时即得到硝化魔芋葡苷聚糖和蓖麻油型聚氨酯半互穿聚合物网络材料。3．根据权利要求2所述的方法，其特征在于所述的硝化魔芋葡苷聚糖的取代度为1-3、重均分子量为2-6×104、多分散系数为1.65-1.75。4．根据权利要求3所述的方法，其特征在于所述的硝化魔芋葡苷聚糖的制备方法为用4克魔芋葡苷聚糖和150克硝化试剂(100克发烟硝酸、10克硫酸、40克五氧化二磷组成)混合，并在冰盐水浴冷却2小时，然后于20℃反应本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种硝化魔芋葡苷聚糖和蓖麻油型聚氨酯半互穿聚合物网络材料，其特征在于：它是用聚氨酯预聚物、硝化魔芋葡苷聚糖、１，４－丁二醇和二乙烯三胺在四氢呋喃或乙酸乙酯中搅拌反应后在５０－７０℃下固化５－６小时得到的产物，其中的硝化魔芋葡苷聚糖为２０－４０％。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张俐娜，高山俊，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：83[中国|武汉]