磺酸型水性聚氨酯的制備及其性能研究.pdf

1、隨著各國(guó)環(huán)保法規(guī)的日趨嚴(yán)格和人們環(huán)保意識(shí)的加強(qiáng)，以水代替有機(jī)溶劑作為分散介質(zhì)的水性聚氨酯的突出表現(xiàn)日益受到人們的重視。20多年來，隨著水性聚氨酯的推廣與應(yīng)用，品種繁多的水性聚氨酯產(chǎn)品已成功應(yīng)用于輕紡、印染、皮革、木材加工、建筑、造紙等行業(yè)。目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)水性聚氨酯的研究都向低成本、高性能和寬領(lǐng)域的方向在發(fā)展。所生產(chǎn)的陰離子水性聚氨酯大多數(shù)是羧酸型的。但是由于其呈弱酸性，親水能力較差，故難以制得高固含量、高性能的水性聚氨酯，與傳統(tǒng)的羧酸型

2、WPU相比，磺酸型WPU屬于強(qiáng)酸強(qiáng)堿性鹽，其親水能力較強(qiáng)，加入少量的磺酸鹽即能得到較好的親水效果，適合制備高固含量、高性能的水性聚氨酯。而且磺酸型WPU的制備無需中和，無揮發(fā)性胺的刺激性氣味。另外，含磺酸鹽基團(tuán)的WPU還具有優(yōu)異的涂敷加工性、水分散性、干燥成膜性和乳液穩(wěn)定性。目前在水性聚氨酯領(lǐng)域已經(jīng)成為研究的熱點(diǎn)。
　　 本文第一章以磺酸型水性聚氨酯分散液為主線，分別介紹了磺酸型水性聚氨酯分散液的技術(shù)和應(yīng)用研究進(jìn)展，另外還介紹了

3、氣干型水性聚氨酯的研究進(jìn)展以及有機(jī)硅改性水性聚氨酯的研究進(jìn)展，改性機(jī)理和發(fā)展趨勢(shì)。
　　 本文第二章介紹了一種軟段含磺酸基團(tuán)的水性聚氨酯的制備方法，先采用間苯二甲酸二甲酯-5-磺酸鈉(SIPM)、新戊二醇(NPG)和己二酸(HA)縮聚制得分水溶性聚酯多元醇。然后將此聚酯多元醇與異佛二酮二異氰酸酯(IPDI)在無有機(jī)溶劑參與的情況下進(jìn)行預(yù)縮聚，最后將預(yù)聚體用1，4-丁二醇(BDO)擴(kuò)鏈三羥甲基丙烷(TMP)交聯(lián)分散于水中，即制得高

4、固含量為50％、高結(jié)品性、平均粒徑為24.83nm的水性聚氨酯穩(wěn)定分散體。用紅外光譜(IR)、核磁共振氫譜(1H-NMR)對(duì)聚酯多元醇及水性聚氨酯的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征，結(jié)果與理論合成結(jié)構(gòu)一致。凝膠滲透色譜儀(GPC)測(cè)得聚酯多元醇的數(shù)均分子量和重均分子量分別為980和1248、粒徑分析儀測(cè)得水性聚氨酯的平均粒徑為24.83nm，說明所合成的磺酸型水性聚氨酯是穩(wěn)定的乳液分散體。熱重分析(TG)以及寬角X射線衍射(XRD)的表征結(jié)果說明所制備的

5、磺酸型水性聚氨酯具有較高的耐熱性和結(jié)晶性。
　　 本文第三章介紹了一種氣干型水性聚氨酯的制備方法，也就是利用含活性亞甲基的亞油酸對(duì)磺酸型水性聚氨酯進(jìn)行改性，將自制的水性聚酯多元醇，異佛爾酮二異氰酸酯在無有機(jī)溶劑參與的情況下進(jìn)行預(yù)縮聚，然后將亞油酸與三羥甲基丙烷進(jìn)行酯化反應(yīng)，以獲得一種含干性油脂結(jié)構(gòu)的多元醇混合物。將這個(gè)油脂多元醇混合物作為一種干性油脂結(jié)構(gòu)的擴(kuò)鏈劑在聚氨酯預(yù)聚體結(jié)構(gòu)中引入交聯(lián)分散于水中，合成了一種氣干型的水性聚氨酯

6、分散液，通過紅外光譜(FT-IR)對(duì)產(chǎn)物結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征。采用電子萬用試驗(yàn)機(jī)和熱失重分析儀對(duì)產(chǎn)物的性能進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果表明，所制備的氣干型聚氨酯膠膜具有良好的力學(xué)性能、熱穩(wěn)定性以及耐水性。該氣干型水性聚氨酯中加入催干劑后在能在空氣中常溫交聯(lián)，其干燥速率得到明顯提高。
　　 本文第四章介紹了一種有機(jī)硅改性磺酸型聚氨酯/丙烯酸酯復(fù)合乳液的制備方法，將自制的磺酸型聚酯多元醇、異佛爾酮二異氰酸酯(IPDI)和三羥甲基丙烷(TMP)在無有機(jī)溶

7、劑參與的情況下進(jìn)行預(yù)縮聚，以硅烷偶聯(lián)劑γ-氨丙基三乙氧基硅烷(KH550)作為改性劑，通過加入雙官能團(tuán)單體甲基丙烯酸-β-羥乙酯(HEMA)，得到含乙烯基和有機(jī)硅封端的聚氨酯為種子乳液，然后與甲基丙烯酸甲酯丙(MMA)、丙烯酸丁酯(BA)混合單體共聚合成了有機(jī)硅改性磺酸型聚氨酯/丙烯酸酯復(fù)合乳液。通過紅外光譜(IR)、透射電鏡(TEM)、熱重分析(TG)、X射線衍射分析(XRD)等方法對(duì)復(fù)合乳液及膠膜的性能進(jìn)行分析和表征。結(jié)果表明，聚氨