大豆油—乳酸改性水性聚氨酯乳液的制備及性能研究.pdf

1、聚氨酯是一類性能優(yōu)良的合成材料，它具有耐低溫、柔韌性強(qiáng)和耐磨性好、粘結(jié)強(qiáng)度大等特點(diǎn)，所以聚氨酯材料在日常生活乃至工業(yè)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。目前聚氨酯以溶劑型為主，但是溶劑型產(chǎn)品面臨的最大問題就是有機(jī)溶劑的揮發(fā)造成環(huán)境的污染，已經(jīng)不符合綠色環(huán)保的發(fā)展趨勢(shì)和日益嚴(yán)格的法律法規(guī)。所以，水性聚氨酯逐漸代替了溶劑型聚氨酯，成為產(chǎn)品開發(fā)與研究的熱點(diǎn)。
　　近年來，隨著人們對(duì)于材料功能性和環(huán)保性的要求日益提高，人們對(duì)于新型聚氨酯的研究與開發(fā)也更加

2、深入。一方面是從合成聚氨酯的原材料出發(fā)，尋找新型、環(huán)保、可再生的資源作為原料，如使用植物油制備多元醇，作為聚氨酯的原料;另一方面，由于聚氨酯在耐熱性、力學(xué)性方面還存在一定的不足，需要通過共聚、縮聚等方法進(jìn)行改性或者改進(jìn)原料，增強(qiáng)分子間的結(jié)合，從而加強(qiáng)或改善聚氨酯的各項(xiàng)性能。
　　本文以大豆油作為原料，通過環(huán)氧化反應(yīng)制備得到一系列具備不同環(huán)氧值的環(huán)氧大豆油。以此為原料，通過直接開環(huán)及乳酸開環(huán)反應(yīng)制備了具備一定羥基值的大豆油多元醇(S

3、OP)及大豆油-乳酸改性多元醇(LA-SOP)，并與異佛爾酮二異氰酸酯(IPDI)、二羥甲基丙酸(DMPA)和三乙胺(TEA)等原料反應(yīng)，經(jīng)自乳化法成功的制備出了大豆油改性水性聚氨酯分散液和大豆油-乳酸改性水性聚氨酯分散液。首先通過正交實(shí)驗(yàn)和單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)合的方式，得出了制備環(huán)氧大豆油的最佳工藝:m（大豆油）∶m（雙氧水）∶m（甲酸）=1∶0.6∶0.4，反應(yīng)時(shí)間為24小時(shí)，反應(yīng)溫度為60℃。在此條件下制得環(huán)氧大豆油的環(huán)氧值約為4.4％，

4、同時(shí)得到了制備大豆油多元醇的最佳工藝:m（環(huán)氧大豆油）∶m（甲醇）∶m（氟硼酸）=1∶2∶0.01，反應(yīng)時(shí)間為2小時(shí)，反應(yīng)溫度為50℃;制備環(huán)氧大豆油-乳酸改性多元醇的最佳工藝:m（環(huán)氧大豆油）∶m（乳酸）=1∶0.6，反應(yīng)時(shí)間為16h，反應(yīng)溫度為90℃。其次，通過系統(tǒng)研究合成制備工藝過程中多種因素對(duì)乳液黏度以及膠粒粒徑的影響，發(fā)現(xiàn)當(dāng)控制中和度為100％，R值為1.2，DMPA含量為6％時(shí)制得的乳液在乳液粒徑、黏度以及耐水性方面均達(dá)到預(yù)

5、期的要求，可用于制備水性聚氨酯乳液。
　　經(jīng)FT-IR圖譜分析確認(rèn)，大豆油改性水性聚氨酯及大豆油-乳酸改性水性聚氨酯成功合成。通過TEM照片可以觀察到乳液中的粒子，結(jié)構(gòu)完整清晰，粒徑大小比較均一，引入了乳酸的大豆油改性水性聚氨酯粒徑相對(duì)較大，達(dá)到了100nm左右，而大豆油改性水性聚氨酯乳液粒徑穩(wěn)定在80nm左右。
　　利用大豆油-乳酸為多元醇合成的水性聚氨酯，涂膜的熱穩(wěn)定性相對(duì)于以大豆油多元醇為原料合成的水性聚氨酯有較大提高

6、。利用羥基值相當(dāng)?shù)拇蠖褂投嘣技按蠖褂?乳酸多元醇為原料合成的水性聚氨酯，后者的T25從285℃上升至301℃，Tmax由355℃上升至414℃，并且熱分解由兩個(gè)階段變?yōu)槿齻€(gè)階段。這是由于乳酸的引入使得多元醇與異氰酸酯的內(nèi)部交聯(lián)更加充分，豐富了大豆油-乳酸改性水性聚氨酯軟硬段間的相互作用，加強(qiáng)了大分子間的作用力，使得微相分離的程度進(jìn)一步增強(qiáng)，Tg1與Tg2相差也進(jìn)一步增大。
　　隨著大豆油-乳酸多元醇的引入，涂膜的拉伸強(qiáng)度逐漸增加