葡萄糖改性水性聚氨酯的合成及性能研究.pdf

1、聚氨酯指的是在分子主鏈中含氨基甲酸酯鍵的一類聚合物的統(tǒng)稱，通常情況下由異氰酸酯和多元醇發(fā)生加聚反應(yīng)生成。環(huán)境污染程度增加，導(dǎo)致溶劑型聚氨酯發(fā)展受阻，工業(yè)發(fā)展隨之出現(xiàn)萎縮現(xiàn)象，因此水性聚氨酯(WaterbornePolyurethane，WPU)應(yīng)運(yùn)而生。
　　WPU是指在聚氨酯分子鏈的主鏈上或側(cè)鏈上接入親水性基團(tuán)，或者通過外加入乳化劑的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)聚氨酯的水溶性。WPU以水作為分散介質(zhì)，具有環(huán)保無(wú)毒、難燃燒等優(yōu)勢(shì)，并且通過改變軟硬段

2、種類與比例來(lái)調(diào)節(jié)樹脂材料的綜合性能。因此，WPU能被廣泛應(yīng)用到紡織、建筑、皮革、造紙等領(lǐng)域。相比溶劑型PU，WPU存在硬度低、分子量小等劣勢(shì)，因此水性聚氨酯的改性研究非常重要，如交聯(lián)改性、環(huán)氧改性、納米改性等。近幾年天然物質(zhì)以其環(huán)保易得、易降解等優(yōu)勢(shì)成為改性的熱門話題。
　　經(jīng)過大量前期調(diào)研后，本文選用簡(jiǎn)單易得、價(jià)廉的天然質(zhì)葡萄糖作為改性劑，對(duì)水性聚氨酯進(jìn)行交聯(lián)改性，主要分為以下四個(gè)方面進(jìn)行研究:
　　1.葡萄糖改性異佛爾酮

3、二異氰酸酯(IPDI)水性聚氨酯研究
　　本章采用自然界廣泛存在的葡萄糖(Glc)為交聯(lián)改性劑，葡萄糖是一種多羥基醛，分子中含五個(gè)羥基，且含有六元環(huán)狀結(jié)構(gòu)，羥基相錯(cuò)分布與六元環(huán)上下側(cè)。以異佛爾酮二異氰酸酯(IPDI)，聚氧化丙烯二醇(N-210)，一縮二乙二醇(DEG)，葡萄糖和二羥甲基丙酸(DMPA)作為基本原料，通過合成工藝探索確定最優(yōu)實(shí)驗(yàn)方案，采用最優(yōu)實(shí)驗(yàn)方案合成一系列不同GLC百分含量的水性聚氨酯。傅里葉變換紅外光譜(FT

4、IR)對(duì)共聚物組成進(jìn)行表征，以拉力機(jī)、差示掃描量熱儀(DSC)和熱重分析儀分別對(duì)膠膜的力學(xué)性能、表面形貌和熱性能進(jìn)行測(cè)試。結(jié)果表明，通過FTIR測(cè)試中羥基譜峰的變化可以證明葡萄糖作為內(nèi)交聯(lián)劑引入了聚氨酯分子鏈中，且乳液穩(wěn)定性測(cè)試表明合成了穩(wěn)定性良好的乳液;隨著葡萄糖加入量的增加，膠膜耐水性得到提高，耐熱性能得到改善;由于葡萄糖的交聯(lián)作用，引起膠膜硬度和力學(xué)性能隨著Glc添加量的增加顯著提高，相對(duì)玻璃硬度最高達(dá)0.54，拉伸強(qiáng)度最大超過3

5、0MPa;當(dāng)葡萄糖用量1.75％時(shí)綜合性能良好，且乳液狀態(tài)良好。
　　2.葡萄糖改性甲苯二異氰酸酯(TDI)型水性聚氨酯研究
　　以葡萄糖(Glc)作為交聯(lián)改性劑，以甲苯二異氰酸酯(TDI)，聚氧化丙烯二醇(N210)，一縮二乙二醇(DEG)，二羥甲基丙酸(DMPA)作為基本原料，通過合成工藝探索確定最優(yōu)實(shí)驗(yàn)方案，采用最優(yōu)實(shí)驗(yàn)方案合成一系列不同Glc百分含量的水性聚氨酯。FTIR對(duì)共聚物組成進(jìn)行表征，以拉力機(jī)、DSC和熱重分

6、析儀分別對(duì)膠膜的力學(xué)性能、表面形貌和熱性能進(jìn)行了測(cè)試。結(jié)果表明，經(jīng)工藝探討后采用最優(yōu)合成工藝合成一系列水性聚氨酯，各項(xiàng)性能測(cè)試和表征表明合成了葡萄糖改性水性聚氨酯，且因葡萄糖的加入引起乳液粒徑變小，膠膜耐水性得到改善;該體系改性水性聚氨酯熱分解起始溫度在220℃左右，軟硬段的最大分解速率溫度上升;隨著葡萄糖加入量增加，膠膜邵氏硬度從64（邵A）增加到了83（邵A）;該體系膠膜耐水性明顯低于葡萄糖改性IPDI型水性聚氨酯。
　　3.

7、葡萄糖-磺酸鹽雙重改性IPDI型水性聚氨酯研究
　　用葡萄糖(Glc)作為交聯(lián)改性劑，以異佛爾酮二異氰酸酯(IPDI)，聚氧化丙烯二醇(N210)，一縮二乙二醇(DEG)，二羥甲基丙酸(DMPA)和氨基磺酸鈉(A-95)作為基本原料，合成一系列不同Glc百分含量的水性聚氨酯。傅里葉變換紅外光譜(FTIR)對(duì)共聚物組成進(jìn)行表征，以拉力機(jī)、差示掃描量熱儀(DSC)和熱重分析儀分別對(duì)膠膜的力學(xué)性能、表面形貌和熱性能進(jìn)行了測(cè)試。結(jié)果表明，

8、葡萄糖改性水性聚氨酯已經(jīng)合成，乳液狀態(tài)良好，能夠長(zhǎng)期穩(wěn)定存在;而且葡萄糖含量增加在一定程度上會(huì)改善水性聚氨酯力學(xué)性能;葡萄糖加入量增加降低膠膜熱分解速率，提高了膠膜耐熱性;并且隨葡萄糖含量增加，膠膜硬度上升;
　　4.葡萄糖改性水性聚氨酯膠膜的降解性研究
　　分別采用前三章節(jié)中的合成工藝制備了一系列葡萄糖改性水性聚氨酯的復(fù)合乳液。將樣品編號(hào)并稱重之后，埋在土里自然降解，為期100天。傅里葉變換紅外光譜(FTIR)對(duì)共聚物組成