本发明属于聚氨酯材料，涉及一种水性聚氨酯材料的绿色环保制备方法。
背景技术：
1、水性聚氨酯是以水代替有机溶剂作为分散剂的环境友好型材料，与传统的溶剂型聚氨酯相比，具有安全、无毒害、无溶剂残留问题等优点，绿色环保且运输、生产更安全，被广泛应用于涂料、合成革、织物、胶粘剂等各种领域。聚氨酯合成革具有光泽柔和、自然，手感柔软、真皮感强的外观，具有与基材粘接性能优异、抗磨损、耐挠曲、抗老化等优异的机械性能，同时还具备耐寒性好、透气、可洗涤、加工方便、价格优廉等优点，是天然皮革最为理想的替代品。但是传统水性聚氨酯材料的耐水性和耐热性差、机械强度不够，限制了水性聚氨酯的部分应用和推广，因此聚氨酯材料的改性得到了广泛地研究。常见改性聚氨酯的方法有物理共混法、接枝、纳米材料改性等，纳米材料改性水性聚氨酯，能有效提高聚合物力学性能、耐热性、阻燃性。
2、公开号为cn114133533a的专利讲述了一种水性聚氨酯胶黏剂及其制备方法，属于胶黏剂技术领域。所述水性聚氨酯胶黏剂的制备方法包括：氮气保护下，将聚酯多元醇、聚醚多元醇、二异氰酸酯、有机锡催化剂和二羟甲基丙酸加入反应釜中，80-90℃反应1.5-2.5h，制得聚氨酯预聚体；向聚氨酯预聚体中加入亲水扩链剂，以丙酮作溶剂65-75℃回流反应2-3h，然后加入水性硅烷低聚物反应0.8-1.2h，然后加入成盐剂中和，最后加水乳化，减压蒸馏除丙酮，得到水性聚氨酯胶黏剂。此发明使用有机溶剂丙酮作为反应溶剂，丙酮对人体和环境有危害，丙酮易挥发使人体呼吸吸入造成伤害，而且最后水和丙酮的混合，通过旋蒸难以完全去除丙酮，残留在材料中。
技术实现思路
1、本发明的目的在于提供一种水性聚氨酯材料，具有耐磨性、防水性和抗菌性、力学性能好的特点。
2、本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
3、一种水性聚氨酯材料，所述水性聚氨酯材料包括以下重量份的原料：10-30重量份异佛尔酮二异氰酸酯、30-70重量份聚醚二醇、2-7重量份蓖麻油、1-5重量份扩链剂、1-5重量份中和剂、5-10重量份功能助剂、0.5-1重量份有机铋催化剂和20-30重量份去离子水。
4、作为本发明的一种优选技术方案，所述有机铋催化剂为异辛酸铋、新癸酸铋、环烷酸铋、月桂酸铋中的至少一种。
5、作为本发明的一种优选技术方案，所述中和剂为三乙胺或三乙醇胺。
6、作为本发明的一种优选技术方案，所述扩链剂包括前扩链剂和后扩链剂，其中前扩链剂为2,2-二羟甲基丙酸，后扩链剂为乙二胺、丁二胺或己二胺中的至少一种。
7、作为本发明的一种优选技术方案，所述功能助剂为改性氧化石墨烯与聚氨酯共混改性制得，其制备方法包括以下步骤：
8、(1)按重量份计，称取5-10重量份的氧化石墨烯置于真空烘箱中干燥，然后将干燥后的氧化石墨烯置于乙醇溶液中，超声分散，加热搅拌，得到氧化石墨分散液；
9、(2)称取1-3重量份的硅烷偶联剂kh-550溶于乙醇溶液中，超声搅拌至硅烷偶联剂kh-550全部溶解且分散均匀，得到硅烷偶联剂kh-550乙醇溶液，待用；
10、(3)将(2)制得的硅烷偶联剂kh-550乙醇溶液滴加进入氧化石墨分散液中，一边滴加一边超声搅拌，待硅烷偶联剂kh-550乙醇溶液滴加完毕后，将混合溶液加热反应6h，反应结束后离心机离心，过滤取沉淀物，用无水乙醇清洗，得到改性氧化石墨烯，待用；
11、(4)称取3-5重量份的改性氧化石墨烯和5-10重量份的聚氨酯置于带有搅拌器和温度计的三口烧瓶中，加入10-30重量份的乙酸乙酯，搅拌至三口烧瓶中物质全部溶解；
12、(5)称取0.5-2重量份的表面活性剂溶于乙醇中，置于恒压滴液漏斗中，滴加进入三口烧瓶中，边滴加边搅拌，待滴加完毕，升温，保持反应，过滤，得到功能助剂。
13、作为本发明的一种优选技术方案，在步骤(1)中，所述超声分散时间为10-20min，加热温度为70-80℃，搅拌时间为1-2h。
14、作为本发明的一种优选技术方案，在步骤(1)中，所述干燥的时间为6-8h，干燥的目的是保证氧化石墨烯中的水分完全去除。
15、作为本发明的一种优选技术方案，在步骤(3)中，所述加热温度为70-80℃，离心速率为1000r/min。
16、作为本发明的一种优选技术方案，在步骤(5)中，所述表面活性剂为十六烷基三甲基溴化铵。
17、作为本发明的一种优选技术方案，在步骤(5)中，所述升温温度为60-70℃，保持反应时间为1-2h。
18、作为本发明的一种优选技术方案，所述水性聚氨酯材料的绿色环保制备方法包括以下步骤：
19、s1、在氮气保护下，向装有搅拌器和温度计的三口烧瓶中依次加入异佛尔酮二异氰酸酯、聚醚二醇和有机铋催化剂，先于常温反应，再升温反应进行预聚合；
20、s2、然后加入前扩链剂，调节至设定温度后继续反应，冷却至常温，加入去离子水调节整体黏度，在快速搅拌下加入中和剂进行中和，并加入去离子水降黏，制得-nco封端的水性聚氨酯基体溶液；
21、s3、将水性聚氨酯基体溶液置于烧瓶中，在加热搅拌下加入功能助剂和蓖麻油，待蓖麻油完全嵌入水性聚氨酯基体中，冰浴中冷却，在高速搅拌下加入后扩链剂，随即滴加去离子水乳化，最后制得水性聚氨酯材料。
22、作为本发明的一种优选技术方案，在步骤s1中，所述常温反应时间为15-20min，升温反应温度范围为(81±2)℃。
23、作为本发明的一种优选技术方案，在步骤s2中，所述设定温度范围为(76±2)℃，反应时间为1-2h。
24、作为本发明的一种优选技术方案，在步骤s3中，所述冷却温度范围为(0±5)℃。
25、本发明的有益效果：
26、(1)本发明以水为溶剂制备水性聚氨酯，可与多种水性树脂混合，利于改进聚氨酯性能和降低成本，具有无毒不燃、低危害性、不污染环境且节省能源特点。用水代替有机溶剂，避免了有机溶剂对人体和环境的伤害，且用水进行调节水性聚氨酯材料的黏度，操作方便，残胶易于清理，具有绿色环保的意义，而且制备工艺简单，voc含量低，在鞋业或胶黏剂行业具有广泛应用前景。
27、(2)本发明以改性氧化石墨烯与聚氨酯共混改性作为水性聚氨酯材料的功能助剂，改性后氧化石墨烯在结构上含有羧基、羟基等基团，在适宜条件下可参与反应，与聚氨酯产生交联，在扩链剂作用延伸分子链结构，提高水性聚氨酯材料的黏度和力学性能，而改性氧化石墨烯与聚氨酯性能的强强结合，可以很好的提高整体材料的耐磨性与抗菌效果。本发明还利用改性氧化石墨烯与聚氨酯共混改性后制得的优异的疏水性能，把蓖麻油嵌入水性聚氨酯基体中来改进水性聚氨酯的干燥速度慢，初始粘性低，耐水性不佳等缺点，通过去离子水的乳化制备得到水性聚氨酯材料，此类材料应用在鞋业以及胶黏剂行业可以大大提高其防水性、抗菌性和黏度。
1.一种水性聚氨酯材料，其特征在于：所述水性聚氨酯材料包括以下重量份的原料：10-30重量份异佛尔酮二异氰酸酯、30-70重量份聚醚二醇、2-7重量份蓖麻油、1-5重量份扩链剂、1-5重量份中和剂、5-10重量份功能助剂、0.5-1重量份有机铋催化剂和20-30重量份去离子水。
2.根据权利要求1所述的一种水性聚氨酯材料，其特征在于：所述有机铋催化剂为异辛酸铋、新癸酸铋、环烷酸铋、月桂酸铋中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的一种水性聚氨酯材料，其特征在于：所述扩链剂包括前扩链剂和后扩链剂，其中前扩链剂为2,2-二羟甲基丙酸，后扩链剂为乙二胺、丁二胺或己二胺中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的一种水性聚氨酯材料，其特征在于：所述中和剂为三乙胺或三乙醇胺。
5.根据权利要求1所述的一种水性聚氨酯材料，其特征在于：所述功能助剂为改性氧化石墨烯与聚氨酯共混改性制得，其制备方法包括以下步骤：
6.一种如权利要求1-5任一项所述的水性聚氨酯材料的绿色环保制备方法，其特征在于：所述水性聚氨酯材料的绿色环保制备方法包括以下步骤：