聚离子液体基抗菌水性聚氨酯乳液及其制备方法与应用技术

本发明专利技术涉及一种聚离子液体基抗菌水性聚氨酯乳液及其制备方法与应用。将二元醇与二元异氰酸酯加入反应器，再加入叔胺催化剂或有机金属化合物催化剂反应获得预聚体；向反应所得体系中加入亲水扩链剂继续反应一段时间后，再加入功能化的小分子离子液体单体继续反应后，同时用丙酮调节粘度，获得水性聚氨酯预聚物；待反应结束后降温，加入与亲水扩链剂等摩尔的中和剂反应，加入去离子水高速剪切乳化，获得聚离子液体基抗菌水性聚氨酯乳液，即聚离子液体基的具有抗菌和自愈合功能的水性聚氨酯乳液。本发明专利技术聚离子液体基抗菌水性聚氨酯乳液制备工艺简单，绿色环保，所得乳液的防霉抗菌性强且高效持久，并且具有优良的自愈合性能，有很大的应用前景。很大的应用前景。很大的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
聚离子液体基抗菌水性聚氨酯乳液及其制备方法与应用


[0001]本专利技术涉及水性聚氨酯乳液合成领域，尤其是涉及一种聚离子液体基抗菌水性聚氨酯乳液及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]水性聚氨酯是一种安全、低VOC、施工简便的环保型高分子弹性涂料，与聚合物、水泥、金属、石基粘附性好，且展现出较好的防水、抗紫外线老化、耐化学腐蚀和柔韧性，常应用于织物整理、皮革加工、胶粘剂、建材、医疗器械等领域。但是由于水性聚氨酯使用时微生物的易于大量繁殖，其抗菌性能较差，进而限制其在医疗器械、建筑内装饰、纺织等卫生要求较高的领域中的应用。
[0003]提升水性聚氨酯抗菌性能的常见方法有将抗菌剂通过物理共混或共聚改性实现。物理共混通常是将一种或多种无机抗菌的纳米材料通过搅拌或者超声与水性聚氨酯乳液混合。虽然操作简单，但是这种改性方法所面临的首要问题就是由于纳米材料容易发生团聚而迁移溢出，影响水性聚氨酯的使用性能及抗菌持久性；共聚改性是指通过含氨基、羟基、巯基、环氧基等活泼基团的抗菌剂作为单体与异氰酸基团反应发生预聚，以化学键合的方式在聚氨酯分子链上引入抗菌基团来实现其抗菌功能，这种方法制备的水性聚氨酯抗菌效果好，且抗菌耐久性高，这种改性方法是未来抗菌型水性聚氨酯乳液的发展方向。
[0004]聚离子液体是指聚合物结构单元中含有离子液体结构的一类离子聚合物，聚离子液体兼具离子液体的功能，也具有聚合物优良的机械性能。聚离子液体的阳离子基团与带负电荷的细菌表面产生静电相互作用，并通过疏水链段的疏水作用扰动细菌细胞膜而具有抗菌性能，不易产生耐药性，且多数阳离子具有高效、广谱的抗菌活性，优良的代谢稳定性和弱毒性等特点，有利于制备高效、低毒、不易产生耐药性的抗菌材料，成为抗菌领域的研究热点之一。
[0005]中国专利CN 115340814A公开了一种阳离子型聚氨酯抗菌涂料的制备及其应用，以苯基咪唑、氯乙胺盐酸盐和二乙醇胺
‑
二氯均三嗪作为反应物，合成了一种咪唑阳离子型芳香二元醇聚氨酯扩链剂二乙醇胺
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二(苯基咪唑盐胺基)均三嗪化合物，参与到聚氨酯的扩链反应中，聚合得到的聚氨酯硬段中含有刚性的芳香环和三嗪环结构，提高了聚氨酯的热稳定性和力学等综合性能，同时引入了丰富的咪唑阳离子抗菌结构，赋予了水性聚氨酯涂料涂层优异的抗菌性能。然而该专利中水性聚氨酯涂料涂层并没有自愈合能力。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是提供一种聚离子液体基抗菌水性聚氨酯乳液及其制备方法与应用。
[0007]基于目前对抗菌材料的需求以及绿色化学理念，本专利技术以二元醇、二异氰酸酯和亲水扩链剂为主要原料获得异氰酸根封端的水性聚氨酯预聚物，随后异氰酸根封端的预聚体与功能化小分子离子液体单体共聚反应，经过中和、乳化，获得聚离子液体基水性聚氨酯
乳液，该水性乳液不仅低毒、绿色环保，且具备优异的抗菌防霉能力。此外，本专利技术的水性聚氨酯中离子液体结构单元中的阴阳离子与亲水扩链剂中的阳离子间复杂的静电协同作用，以及聚氨酯主链结构之间的氢键作用，使分子链之间形成物理缠结，且聚氨酯软段的存在又为分子链提供了活动能力，因此赋予聚氨酯乳液成膜后的自愈合能力。
[0008]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0009]本专利技术首先提供一种聚离子液体基抗菌水性聚氨酯乳液的制备方法，具体步骤为：
[0010]步骤1：将二元醇与二元异氰酸酯加入反应器，再加入叔胺催化剂或有机金属化合物催化剂反应获得预聚体；
[0011]步骤2：向步骤1反应所得体系中加入亲水扩链剂继续反应一段时间后，再加入功能化的小分子离子液体单体继续反应后，同时用丙酮调节粘度，获得水性聚氨酯预聚物；
[0012]步骤3：待反应步骤2结束后降温，加入与亲水扩链剂等摩尔的中和剂反应，加入去离子水高速剪切乳化，获得聚离子液体基抗菌水性聚氨酯乳液，即聚离子液体基的具有抗菌和自愈合功能的水性聚氨酯乳液。
[0013]在本专利技术的一个实施方式中，步骤1中所述二元醇选自聚己内酯二醇、聚己二酸1，4
‑
丁二醇酯、聚四氢呋喃醚二元醇或聚环氧丙烷二元醇(数均分子量M
n
在1000～2000之间)中的一种或几种；所述二元异氰酸酯选自异佛尔酮二异氰酸酯、苯二亚甲基二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯中的一种或几种。
[0014]在本专利技术的一个实施方式中，步骤1中所述叔胺催化剂选自N,N
‑
二甲基环己胺、双(2
‑
二甲氨基乙基)醚或三乙醇胺中的一种或几种；
[0015]在本专利技术的一个实施方式中，步骤1中所述有机金属化合物催化剂选自二月硅酸二丁基锡、异辛酸锌、二醋酸二丁基锡或新癸酸铋中的一种或几种。
[0016]在本专利技术的一个实施方式中，步骤2中，功能化的小分子离子液体的阳离子选自咪唑类阳离子、季铵类阳离子中的一种或几种的混合，
[0017]其中，咪唑类阳离子的结构式如下所示：
[0018][0019]季铵类阳离子的结构如下所示：
[0020][0021]以上结结构式中n表示连接C的数量，为正整数，选择的范围为2～18；
[0022]以上结构式中R表示末端的活性基团，主要为羟基(
‑
OH)、胺基(
‑
NH2)或硫醇(
‑
SH)中的一种或几种。
[0023]在本专利技术的一个实施方式中，步骤2中，功能化的小分子离子液体的阴离子选自氯离子、溴离子、碘离子、四氟硼酸根离子、六氟磷酸根离子、三氟甲磺酸离子或双三氟甲基磺酰亚胺离子中的一种或其中几种的混合。
[0024]在本专利技术的一个实施方式中，步骤2中，所述亲水扩链剂选自甲基二乙醇胺、乙基二乙醇胺、异丙基二乙醇胺、正丁基二乙醇胺或叔丁基二乙醇胺中的一种或几种。
[0025]在本专利技术的一个实施方式中，步骤3中，所述中和剂选自冰醋酸、盐酸、乳酸、硫酸或磷酸中的一种或几种。
[0026]在本专利技术的一个实施方式中，步骤1的反应条件为：于氮气氛围中进行，二元醇和二异氰酸酯的摩尔比为1：2～6，催化剂用量为预聚体质量的0.01～0.1％，反应温度为50～100℃，反应时间为1～5小时，获得的预聚体为由异氰酸根封端的水性聚氨酯预聚体。
[0027]在本专利技术的一个实施方式中，步骤2的反应条件为：于氮气氛围中进行，亲水扩链剂比例占步骤1得到的预聚体总质量的5～10％，功能化的小分子离子液体质量比占步骤1得到的预聚体总质量的0.5～10％，反应温度为50～100℃，反应时间为1～5h，加入丙酮稀释至体系固含量为40～80％，获得的水性聚氨酯预聚物即为聚离子液体抗菌水性聚氨酯前驱体。
[0028]在本专利技术的一个实施方式中，步骤3的反应条件为：反应温度为20～60℃，加入去离子水质量比为步骤2所得水性聚氨酯预聚物质量的100～500％，搅拌速率约为500～2000rad/s，搅拌时间为10～30min，得到聚本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种聚离子液体基抗菌水性聚氨酯乳液的制备方法，其特征在于，具体步骤为：步骤1：将二元醇与二元异氰酸酯加入反应器，再加入叔胺催化剂或有机金属化合物催化剂反应获得预聚体；步骤2：向步骤1反应所得体系中加入亲水扩链剂继续反应一段时间后，再加入功能化的小分子离子液体单体继续反应后，同时用丙酮调节粘度，获得水性聚氨酯预聚物；步骤3：待反应步骤2结束后降温，加入与亲水扩链剂等摩尔的中和剂反应，加入去离子水高速剪切乳化，获得聚离子液体基抗菌水性聚氨酯乳液，即聚离子液体基的具有抗菌和自愈合功能的水性聚氨酯乳液。2.根据权利要求1所述的一种聚离子液体基抗菌水性聚氨酯乳液的制备方法，其特征在于，步骤1中所述二元醇选自聚己内酯二醇、聚己二酸1，4
‑
丁二醇酯、聚四氢呋喃醚二元醇或聚环氧丙烷二元醇中的一种或几种；所述二元异氰酸酯选自异佛尔酮二异氰酸酯、苯二亚甲基二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯中的一种或几种。3.根据权利要求1所述的一种聚离子液体基抗菌水性聚氨酯乳液的制备方法，其特征在于，步骤1中所述叔胺催化剂选自N,N
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二甲基环己胺、双(2
‑
二甲氨基乙基)醚或三乙醇胺中的一种或几种；步骤1中所述有机金属化合物催化剂选自二月硅酸二丁基锡、异辛酸锌、二醋酸二丁基锡或新癸酸铋中的一种或几种。4.根据权利要求1所述的一种聚离子液体基抗菌水性聚氨酯乳液的制备方法，其特征在于，步骤2中，功能化的小分子离子液体的阳离子选自咪唑类阳离子、季铵类阳离子中的一种或几种的混合，其中，咪唑类阳离子的结构式如下所示：季铵类阳离子的结构如下所示：以上结结构式中n表示连接C的数量，为正整数，选择的范围为2～18；以上结构式中R表示末端的活性基团，主要为羟基(
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OH)、胺基(
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NH2)或硫醇(
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SH)中的一种或几种。5.根据权利要求1所述的一种聚离...

【专利技术属性】
技术研发人员：严锋，周莹杰，李世超，彭伟，何静姿，
申请(专利权)人：浙江亚厦装饰股份有限公司，
类型：发明
国别省市：