本發(fā)明屬于材料改性技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種陽離子納米纖維素改性水性聚氨酯乳液的方法。

背景技術(shù)：

納米纖維素是由天然纖維素經(jīng)水解脫掉無定形區(qū)域而得到的，一維尺寸在100nm范圍內(nèi)，具有較大的比表面積、較高的楊氏模量、高結(jié)晶度和良好的生物降解性等，經(jīng)常作為納米填充材料用于增強(qiáng)基體，能顯著提高基體的力學(xué)性能及熱穩(wěn)定性等。但是，由于其比表面的羥基含量高，納米纖維素之間容易因?yàn)闅滏I作用發(fā)生團(tuán)聚，從而弱化了其在聚合物基體中的增強(qiáng)作用。

為了解決上述問題，研究人員對納米纖維素進(jìn)行改性，取代部分的羥基，弱化極性，使其在聚合物中更好的分散。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種陽離子納米纖維素改性水性聚氨酯乳液的方法，得到的水性聚氨酯乳液具有良好的力學(xué)性能和耐水性。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是，一種陽離子納米纖維素改性水性聚氨酯乳液的方法，具體按照以下步驟實(shí)施：

步驟1、將納米纖維素均勻分散于水中，形成納米纖維素分散液；

步驟2、按步驟1中得到的納米纖維素分散液的質(zhì)量分別稱取陽離子銨鹽、堿溶液；將稱取的陽離子銨鹽和堿溶液添加到納米纖維素分散液中進(jìn)行反應(yīng)，得到反應(yīng)物；將反應(yīng)物依次經(jīng)離心處理、水中透析，得到陽離子納米纖維素分散液；

步驟3、將經(jīng)步驟2得到的陽離子納米纖維素分散液與水性聚氨酯混合均勻，得到穩(wěn)定的陽離子納米纖維素改性水性聚氨酯乳液。

本發(fā)明的特點(diǎn)還在于：

步驟1具體按照以下方法實(shí)施：

將納米纖維素添加到水中，并采用超聲的方式使納米纖維素分散于水中，形成納米纖維素分散液；納米纖維素水分散液質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1％～5％。

步驟2具體按照以下步驟實(shí)施：

步驟2.1、按步驟1中得到的納米纖維素分散液的質(zhì)量分別稱取陽離子銨鹽、堿溶液；陽離子銨鹽的質(zhì)量為納米纖維素分散液質(zhì)量的0.2％～1.5％，堿溶液的質(zhì)量為納米纖維素分散液質(zhì)量的5％～30％；

步驟2.2、將步驟2.1中稱取的陽離子銨鹽和堿溶液依次加入經(jīng)步驟1得到的納米纖維素分散液中并不斷攪拌，于40℃～80℃下保溫反應(yīng)2h～6h，待反應(yīng)結(jié)束后，得到反應(yīng)物；

步驟2.3、取有機(jī)溶劑添加到經(jīng)步驟2.2得到的反應(yīng)物中進(jìn)行離心處理，待離心處理完成后，取底物于水中透析，即得得到陽離子納米纖維素分散液。

陽離子銨鹽為3-氯-2-羥丙基三甲基氯化銨或2，3—環(huán)氧丙基三甲基氯化銨。

堿溶液為氫氧化鉀溶液、氫氧化鈉溶液或氨水溶液。

氫氧化鉀溶液、氫氧化鈉溶液或氨水溶液的濃度均為1mol/l。

步驟2.2中的攪拌速度為100r/min～500r/min。

有機(jī)溶劑為醇類，具體為異丙醇、乙醇、三氯甲烷或甲苯，且所述有機(jī)溶劑的質(zhì)量為反應(yīng)物質(zhì)量的20％～60％。

步驟3具體按照以下步驟實(shí)施：

步驟3.1、按質(zhì)量比為1：10～100分別稱取經(jīng)步驟2得到的陽離子納米纖維素分散液和水性聚氨酯；

步驟3.2、將步驟3.1中稱取的陽離子納米纖維素分散液和水性聚氨酯混合在一起并攪拌1h～5h，得到陽離子納米纖維素改性水性聚氨酯乳液。

本發(fā)明的有益效果在于：

(1)本發(fā)明一種陽離子納米纖維素改性水性聚氨酯乳液的方法具有制備工藝簡單的優(yōu)點(diǎn)，易于工業(yè)化生產(chǎn)。

(2)在本發(fā)明一種陽離子納米纖維素改性水性聚氨酯乳液的方法中，通過在水性聚氨酯中添加陽離子納米纖維素，能進(jìn)一步提高其力學(xué)性能及耐水性能等。

(3)將利用本發(fā)明陽離子納米纖維素改性水性聚氨酯乳液的方法得到的陽離子納米纖維素應(yīng)用于皮革涂飾，能明顯提高革制品本身的力學(xué)性能及耐水性等，具有良好的應(yīng)用前景。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施方式對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。

本發(fā)明一種陽離子納米纖維素改性水性聚氨酯乳液的方法，具體按照以下步驟實(shí)施：

步驟1、將納米纖維素均勻分散于水中，形成納米纖維素分散液，具體按照以下方法實(shí)施：

將納米纖維素添加到水中，并采用超聲的方式使納米纖維素分散于水中，形成納米纖維素分散液；

其中，納米纖維素水分散液質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1％～5％。

步驟2、按步驟1中得到的納米纖維素分散液的質(zhì)量分別稱取陽離子銨鹽、堿溶液；將稱取的陽離子銨鹽和堿溶液添加到納米纖維素分散液中進(jìn)行反應(yīng)，得到反應(yīng)物；將反應(yīng)物依次經(jīng)離心處理、水中透析，得到陽離子納米纖維素分散液，具體按照以下步驟實(shí)施：

步驟2.1、按步驟1中得到的納米纖維素分散液的質(zhì)量分別稱取陽離子銨鹽、堿溶液；陽離子銨鹽的質(zhì)量為納米纖維素分散液質(zhì)量的0.2％～1.5％，堿溶液的質(zhì)量為納米纖維素分散液質(zhì)量的5％～30％；

其中，陽離子銨鹽為2，3—環(huán)氧丙基三甲基氯化銨或3-氯-2-羥丙基三甲基氯化銨；

堿溶液為氫氧化鉀溶液、氫氧化鈉溶液或氨水溶液，其濃度均為1mol/l；

步驟2.2、將步驟2.1中稱取的陽離子銨鹽和堿溶液依次加入經(jīng)步驟1得到的納米纖維素分散液中并不斷攪拌，于40℃～80℃下保溫反應(yīng)2h～6h，待反應(yīng)結(jié)束后，得到反應(yīng)物；

其中，攪拌速度為100r/min～500r/min；

步驟2.3、取有機(jī)溶劑添加到經(jīng)步驟2.2得到的反應(yīng)物中進(jìn)行離心處理，待離心處理完成后，取底物于水中透析，即得得到陽離子納米纖維素分散液；

其中，有機(jī)溶劑的質(zhì)量為反應(yīng)物質(zhì)量的20％～60％；

有機(jī)溶劑為醇類，具體為異丙醇、乙醇、三氯甲烷或甲苯。

步驟3、將經(jīng)步驟2得到的陽離子納米纖維素分散液與水性聚氨酯混合均勻，得到穩(wěn)定的陽離子納米纖維素改性水性聚氨酯乳液，具體按照以下步驟實(shí)施：

步驟3.1、按質(zhì)量比為1：10～100分別稱取經(jīng)步驟2得到的陽離子納米纖維素分散液和水性聚氨酯；

步驟3.2、將步驟3.1中稱取的陽離子納米纖維素分散液和水性聚氨酯混合在一起并攪拌1h～5h，得到陽離子納米纖維素改性水性聚氨酯乳液。

實(shí)施例1

將納米纖維素添加到水中，采用超聲的方式使納米纖維素分散于水中形成納米纖維素分散液，其中納米纖維素水分散液質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1％；

按納米纖維素分散液的質(zhì)量分別稱取2，3—環(huán)氧丙基三甲基氯化銨、氫氧化鉀溶液，2，3—環(huán)氧丙基三甲基氯化銨的質(zhì)量為納米纖維素分散液質(zhì)量的0.2％，氫氧化鉀溶液的質(zhì)量為納米纖維素分散液質(zhì)量的5％，且氫氧化鉀溶液的濃度為1mol/l；將稱取的2，3—環(huán)氧丙基三甲基氯化銨和氫氧化鉀溶液依次加入納米纖維素分散液中并不斷攪拌，攪拌速度為100r/min，于40℃下保溫反應(yīng)6h，待反應(yīng)結(jié)束后得到反應(yīng)物；取異丙醇添加到反應(yīng)物中進(jìn)行離心處理，異丙醇的質(zhì)量為反應(yīng)物質(zhì)量的20％，待離心處理完成后，取底物于水中透析，即得陽離子納米纖維素分散液，反應(yīng)的機(jī)理如式(1)，納米纖維素與2，3—環(huán)氧丙基三甲基氯化銨直接開環(huán)反應(yīng)，生成陽離子納米纖維素；

按質(zhì)量比為1：10分別稱取陽離子納米纖維素分散液和水性聚氨酯；將稱取的陽離子納米纖維素分散液和水性聚氨酯混合在一起，并攪拌1h，得到陽離子納米纖維素改性水性聚氨酯乳液。

實(shí)施例2

將納米纖維素添加到水中，采用超聲的方式使納米纖維素分散于水中形成納米纖維素分散液，其中，納米纖維素水分散液質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.5％。

按納米纖維素分散液的質(zhì)量分別稱取3-氯-2-羥丙基三甲基氯化銨、氫氧化鈉溶液，3-氯-2-羥丙基三甲基氯化銨的質(zhì)量為納米纖維素分散液質(zhì)量的0.5％，氫氧化鈉溶液的質(zhì)量為納米纖維素分散液質(zhì)量的10％，且氫氧化鈉溶液的濃度為1mol/l；將稱取的3-氯-2-羥丙基三甲基氯化銨和氫氧化鈉溶液依次加入納米纖維素分散液中并不斷攪拌，攪拌速度為200r/min，于50℃下保溫反應(yīng)5h，待反應(yīng)結(jié)束后得到反應(yīng)物；取乙醇添加到反應(yīng)物中進(jìn)行離心處理，乙醇的質(zhì)量為反應(yīng)物質(zhì)量的30％，待離心處理完成后，取底物于水中透析，即得陽離子納米纖維素分散液，反應(yīng)的機(jī)理如式(2)和式(3)，3-氯-2-羥丙基三甲基氯化銨在堿作用下先形成閉環(huán)，然后再與纖維素反應(yīng)；

按質(zhì)量比為1：20分別稱取陽離子納米纖維素分散液和水性聚氨酯；將稱取的陽離子納米纖維素分散液和水性聚氨酯混合在一起，并攪拌2h，得到陽離子納米纖維素改性水性聚氨酯乳液。

實(shí)施例3

將納米纖維素添加到水中，采用超聲的方式使納米纖維素分散于水中形成納米纖維素分散液，其中，納米纖維素水分散液質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.5％。

按納米纖維素分散液的質(zhì)量分別稱取2，3—環(huán)氧丙基三甲基氯化銨、氫氧化鈉溶液，2，3—環(huán)氧丙基三甲基氯化銨的質(zhì)量為納米纖維素分散液質(zhì)量的0.8％，氫氧化鈉溶液的質(zhì)量為納米纖維素分散液質(zhì)量的20％；氫氧化鈉溶液的濃度為1mol/l；將稱取的2，3—環(huán)氧丙基三甲基氯化銨和氫氧化鈉溶液依次加入納米纖維素分散液中并不斷攪拌，攪拌速度為300r/min，于60℃下保溫反應(yīng)4h，待反應(yīng)結(jié)束后得到反應(yīng)物；取三氯甲烷添加到反應(yīng)物中進(jìn)行離心處理，三氯甲烷的質(zhì)量為反應(yīng)物質(zhì)量的40％，待離心處理完成后，取底物于水中透析，即得陽離子納米纖維素分散液；

按質(zhì)量比為1：12.5分別稱取陽離子納米纖維素分散液和水性聚氨酯；將稱取的陽離子納米纖維素分散液和水性聚氨酯混合在一起，并攪拌3h，得到陽離子納米纖維素改性水性聚氨酯乳液。

實(shí)施例4

將納米纖維素添加到水中，采用超聲的方式使納米纖維素分散于水中形成納米纖維素分散液，其中，納米纖維素水分散液質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4％。

按納米纖維素分散液的質(zhì)量分別稱取3-氯-2-羥丙基三甲基氯化銨、氨水溶液，3-氯-2-羥丙基三甲基氯化銨的質(zhì)量為納米纖維素分散液質(zhì)量的1％，氨水溶液的質(zhì)量為納米纖維素分散液質(zhì)量的25％，且氨水溶液的濃度為1mol/l；將稱取的3-氯-2-羥丙基三甲基氯化銨和氨水溶液依次加入納米纖維素分散液中并不斷攪拌，攪拌速度為400r/min，于70℃下保溫反應(yīng)3h，待反應(yīng)結(jié)束后得到反應(yīng)物；取三氯甲烷添加到反應(yīng)物中進(jìn)行離心處理，三氯甲烷的質(zhì)量為反應(yīng)物質(zhì)量的50％，待離心處理完成后，取底物于水中透析，即得陽離子納米纖維素分散液；

按質(zhì)量比為1：25分別稱取陽離子納米纖維素分散液和水性聚氨酯；將稱取的陽離子納米纖維素分散液和水性聚氨酯混合在一起，并攪拌4h，得到陽離子納米纖維素改性水性聚氨酯乳液。

實(shí)施例5

將納米纖維素添加到水中，采用超聲的方式使納米纖維素分散于水中形成納米纖維素分散液，其中，納米纖維素水分散液質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5％。

按納米纖維素分散液的質(zhì)量分別稱取2，3—環(huán)氧丙基三甲基氯化銨、氫氧化鉀溶液，2，3—環(huán)氧丙基三甲基氯化銨的質(zhì)量為納米纖維素分散液質(zhì)量的1.5％，氫氧化鉀溶液的質(zhì)量為納米纖維素分散液質(zhì)量的30％，且氫氧化鉀溶液的濃度為1mol/l；將稱取的2，3—環(huán)氧丙基三甲基氯化銨和氫氧化鉀溶液依次加入納米纖維素分散液中并不斷攪拌，攪拌速度為500r/min，于80℃下保溫反應(yīng)2h，待反應(yīng)結(jié)束后得到反應(yīng)物；取三氯甲烷添加到反應(yīng)物中進(jìn)行離心處理，三氯甲烷的質(zhì)量為反應(yīng)物質(zhì)量的60％，待離心處理完成后，取底物于水中透析，即得陽離子納米纖維素分散液；

按質(zhì)量比為1：100分別稱取陽離子納米纖維素分散液和水性聚氨酯；將稱取的陽離子納米纖維素分散液和水性聚氨酯混合在一起，并攪拌5h，得到陽離子納米纖維素改性水性聚氨酯乳液。

本發(fā)明一種陽離子納米纖維素改性水性聚氨酯乳液的方法，得到的水性聚氨酯乳液具有良好的力學(xué)性能、耐水性及熱穩(wěn)定性。將利用本發(fā)明一種陽離子納米纖維素改性水性聚氨酯乳液的方法制備得到的改性水性聚氨酯乳液應(yīng)用于皮革涂飾，能進(jìn)一步提高了革制品的力學(xué)性能及耐水性等。本發(fā)明一種陽離子納米纖維素改性水性聚氨酯乳液具有制備工藝簡單的特點(diǎn)，易于大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)，具有較大潛在市場。