本发明属于纤维素制备领域，具体提供一种水性乙酸丁酸纤维素乳液制备方法。
背景技术：
乙酸丁酸纤维素简称cab，又名醋酸丁酸纤维素，用乙酸或丁酸处理纤维素，然后用乙酸、乙酐、丁酸、丁酸酐的混合液在硫酸催化作用下进行酯化而制得。纤维素分子中羟基为乙酸及丁酸共同酯化所成的纤维素酯，为热塑性树脂，含乙酰基12％-15％，含丁酰基26％-39％，是透明至不透明白色颗粒，密度1.15-1.22，熔融温度140℃，长期使用温度60-104℃。
乙酸丁酸纤维素韧性、耐候耐寒性及电绝缘性良好，容易加工，主要用于涂料工业中的保护性涂料和装饰性涂料，如透明金属清漆、塑料类用的清漆、木材用的清漆、纸张的涂布和浸渍、用于包装纸袋用纸表面涂布、织物的涂布和浸渍、热封胶粘剂、玻璃用涂料等，但乙酸丁酸纤维素不溶于水，溶于丙酮、乙酸乙酯、乙酸丁酯等有机溶剂，故主要用于溶剂型涂料。
专利cn101580549(申请号：200810106426)公开了一种制备醋酸丙酸纤维素或醋酸丁酸纤维素的方法，其生产方法采用能够溶解纤维素的离子液体将纤维素溶解，再向纤维素溶液中加入乙酰化剂或丙酰化剂，在40～120℃反应1～24h，得到反应液，然后再向反应液中加入低级脂肪醇，过滤、干燥得到产品。cn103626879b(申请号：201310612978.9)、cn104193829a(申请号：201410422795.5)、cn102875686a(申请号：201210338170.1)等公开了乙酸丁酸纤维素的制备方法，但得到的乙酸丁酸纤维素完全不溶于水，只能溶于溶剂。随着国家及地方对voc排放管控的日趋严格，溶剂性乙酸丁酸纤维素的使用必将受到严重的挑战，其市场消耗量将逐渐下降，水溶性乙酸丁酸纤维素必将得到广泛的应用和发展。
技术实现要素：
针对现有技术存在的问题，本发明提供一种水溶性乙酸丁酸纤维素的制备方法，通过采用多异氰酸酯及2，2-羟甲基丙酸对乙酸丁酸纤维素进行改性，使改性的乙酸丁酸纤维素能溶于水。
本发明的技术方案如下：
一种水性乙酸丁酸纤维素的制备方法，包括以下步骤：
(1)乙酸丁酸纤维素溶液的制备：将乙酸丁酸纤维素用溶剂溶解，得到溶液备用；
(2)2，2-羟甲基丙二酸(dmpa)溶液制备：将dmpa用n-甲基吡咯烷酮(nmp)在80～120℃下溶解得到溶液；
(3)预聚合：向步骤(2)中的溶液中加入多异氰酸酯，混合1～10min，再加入有机锡催化剂，在30～60℃下反应1～3h；
(4)聚合：向预聚合后的反应液中加入步骤(1)制备的乙酸丁酸纤维素溶液，并在60～90℃下反应2～10h；
(5)中和：将步骤(4)中的聚合液降温至30～55℃，加入三乙胺至聚合反应液中，使反应液的ph为6～8；
(6)乳化：将步骤(5)中的反应液降温至10～30℃，在高速搅拌下加入去离子水，直至溶液粘度变成20cp以下；
(7)后扩链及溶剂回收：向乳化后的溶液中加入乙二胺水溶液，然后减压蒸馏去除乳液中溶剂，得到了水性乙酸丁酸纤维素乳液。
其中，步骤(1)中使用的溶剂为丙酮或丁酮，溶液中乙酸丁酸纤维素的质量百分比为5～40％。
步骤(2)中，2，2-羟甲基丙二酸(dmpa)在溶液中的质量百分比为10～40％。
步骤(3)中，所述的多异氰酸酯选自异佛尔酮二异氰酸酯(ipdi)、六亚甲基二异氰酸酯(hdi)、甲苯二异氰酸酯(tdi)中的一种，其加入多异氰酸酯的摩尔数为2，2-羟甲基丙二酸(dmpa)摩尔数的1～1.8倍。
步骤(3)中有机锡催化剂选自辛酸亚锡或二月桂酸二丁基锡(dbtl)中一种，其加入量为乙酸丁酸纤维素质量的0.1％～1％。
步骤(4)中乙酸丁酸纤维素的加入量为步骤(3)中加入的多异氰酸酯质量的1.2～2.2倍。
步骤(5)中三乙胺的加入量为步骤(2)中的2，2-羟甲基丙二酸(dmpa)摩尔数的0.9～1.1倍。
步骤(7)中乙二胺水溶液的质量百分比为10～30％，乙二胺的加入量为乳化后溶液中异氰酸酯基团(nco)摩尔数的0.9～1.2倍。
有益效果
本发明采用含有亲水基团羧基的二羟甲基丙酸(dmpa)单体中的羟基与含有nco基团的多异氰酸酯在催化剂作用下与亲水单体二羟甲基丙酸(dmpa)反应，生成异氰酸酯基(nco)封端的聚氨酯预聚体，预聚体分子上的异氰酸酯基(nco)再与乙酸丁酸纤维分子上的羟基进行反应，得到含亲水基团的乙酸丁酸纤维素，用有机碱中和后，加水乳化后得到水性乙酸丁酸纤维素乳液。由于乙酸丁酸纤维素具有优良的耐候性，且成膜性能优异，故本发明制得不同性能的水性乙酸丁酸纤维素乳液具有耐黄变、粘度低、存储稳定等特点，可用于涂料、胶黏剂、皮革涂饰、织物整理等行业，同时，该乳液安全、环保，其生产、使用全过程均可完全满足国家及地方对挥发性有机物(voc)管控的环保要求。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不限定于本发明。
实施例1
将质量分数为30％的2，2-羟甲基丙二酸溶液(dmpa)的n-甲基吡咯烷酮(nmp)溶液(36g)、多异氰酸酯选自异佛尔酮二异氰酸酯(ipdi)(29g)、二月桂酸二丁基锡(dbtl)0.12g加入至500ml三口玻璃瓶中，混合均匀后50℃下反应1.5h；然后加入含质量分数为30％的cab551-0.2的丙酮溶液(180g)，升温至60℃，反应6h，然后将反应液降温至45℃，加入三乙胺(11g)中和反应0.5h，随后将中和反应降温至20℃，并在高速搅拌下加入水250ml，并维持搅拌0.5h，接着加入质量百分比20％的乙二胺水溶液(10g)，再搅拌0.5h，最后将反应液进行减压蒸馏，去除其中的丙酮溶剂，得到半透明水溶性乙酸丁酸纤维素乳液，乳液颗粒粒径为259.6nm，固含量为35％，常温稳定时间超过6个月。
实施例2
将质量分数为30％的2，2-羟甲基丙二酸溶液(dmpa)的n-甲基吡咯烷酮(nmp)溶液(36g)、异佛尔酮二异氰酸酯(ipdi)(26g)、二月桂酸二丁基锡(dbtl)(0.14g)加入至500ml三口玻璃瓶中，混合均匀后50℃下反应1.5h；然后加入含质量分数为30％的cab381-0.5的丁酮溶液(171g)，升温至70℃，反应4h，然后将反应液降温至45℃，加入三乙胺(11g)中和反应0.5h，随后将中和反应降温至20℃，并在高速搅拌下加入水250ml，并维持搅拌0.5h，接着加入质量百分比20％的乙二胺水溶液(10g)，再搅拌0.5h，最后将反应液进行减压蒸馏，去除其中的丁酮溶剂，得到半透明水溶性乙酸丁酸纤维素乳液，乳液颗粒粒径为239.8nm，固含量为32％，常温稳定时间超过6个月。
实施例3
将质量分数为30％dmpa的nmp溶液(36g)、ipdi(24g)、dbtl(0.10g)加入至500ml三口玻璃瓶中，混合均匀后50℃下反应1.5h；然后加入含质量分数为30％cab171-0.7的丁酮溶液(162g)，升温至65℃，反应5h，然后将反应液降温至45℃，加入三乙胺(11g)中和反应0.5h，随后将中和反应降温至20℃，并在高速搅拌下加入水250ml，并维持搅拌0.5h，接着加入质量百分比20％的乙二胺水溶液(10g)，再搅拌0.5h，最后将反应液进行减压蒸馏，去除其中的丁酮溶剂，得到半透明水溶性乙酸丁酸纤维素乳液，乳液颗粒粒径为248.9nm，固含量为35％，常温稳定时间超过6个月。