基于磺酸基-羧基高固含水性聚氨酯合成及性能研究.pdf

1、高固含量、高穩(wěn)定性聚氨酯分散體(PUD)在膠黏劑、皮革、涂料等行業(yè)具有廣泛的應用前景。皮革、紡織、塑料薄膜、紙張等軟質(zhì)基材應用要求PUD形成的膜具有高柔軟性、高耐水性、高耐酸堿性、較寬的pH適用范圍等性能。目前，我國多采用DMPA為小分子親水擴鏈劑制備聚氨酯分散體，原料的單一性在一定程度上阻礙了高性能聚氨酯分散體的發(fā)展。采用二羥甲基丙酸(DMPA)合成PUD的親水基團處于聚氨酯硬段，使軟硬段微相分離程度過大，從而影響膠膜的性能。

2、　　 普通羧酸型水性聚氨酯的缺陷主要表現(xiàn)在以下幾個方面:1.固含量較低，一般為30％左右，成膜速度偏慢且成本較高;2.耐水性較差:由于其分子鏈中的親水性基團的存在，不可避免的對于耐水性產(chǎn)生較大的影響;3.耐候性、耐溶劑性、初始粘度等方面也表現(xiàn)較差;4.硬度強度等較低:由于分子量不及溶劑型聚氨酯，故在硬度強度等方面與溶劑型相比也體現(xiàn)出一定的劣勢。
　　 為提高水性聚氨酯的綜合性能，常對其進行改性，或采用新型原料。相關研究表明:磺

3、酸型水性聚氨酯可以明顯提高聚氨酯乳液固含量，提高乳液穩(wěn)定性，使乳液具有較寬的pH適用范圍，同時能夠提高聚氨酯膠膜的初粘強度，提高膠膜的耐水解性能和拉伸強度。采用新型的羥基磺酸聚酯(S3001)作為原料，在普通羧酸型水性聚氨酯軟段中引入磺酸基團，可以提高水性聚氨酯的固含量，同時，由于S3001具有較強的結(jié)晶性能，可以進一步提高水性聚氨酯產(chǎn)品膠膜的力學性能、耐水解性能及熱穩(wěn)定性，并改進水性聚氨酯的pH適用范圍。
　　 本論文中實驗部

4、分以新型羥基磺酸聚酯(S3001)為原料，主要進行了以下兩個方面的工作和研究:
　　 1.本文采用丙酮法，以新型磺酸基團聚酯二元醇(S3001)和二羥甲基丙酸(DMPA)為親水單體，異佛爾酮二異氰酸酯(IPDI)、聚醚二醇(N220，Mn=2000)、聚己二酸丁二醇酯二醇(PBA)、一縮二乙二醇(DEG)、二羥甲基丙酸(DMPA)等為原料，成功制備了固含量在40％以上的高固含量、低粘度、溶劑用量少、狀態(tài)穩(wěn)定的聚氨酯分散體。通過對

5、實驗工藝的探究及各項測試表征，結(jié)果表明:
　　 (1)脂肪族磺酸基/羧基高固含水性聚氨酯由于原料粘度較大，反應活性較高，市場需要膠膜具有較寬可調(diào)的硬度。通過設計不同的生產(chǎn)工藝進行比較發(fā)現(xiàn)，采用后擴鏈的反應方式進行制備，后擴鏈時，宜采用將乙二胺(EDA)溶于水中再加入預聚體乳化的方式，EDA加入量控制在2.1％左右制得的乳液粒徑較小，外觀較好，所需溶劑量較小。紅外測試表明，成功合成了磺酸/羧酸型水性聚氨酯。
　　 (2)改

6、變親水擴鏈劑二羥甲基丙酸(DMPA)加入量(3.1％-6.42％)，采用粒徑測試和耐水性測試，結(jié)果表明:DMPA加入量在5％左右時乳液狀態(tài)較好，粒徑較小，分布較為均勻，耐水性較好。
　　 (3)采用羥基磺酸聚酯(S3001)為原料，制得的聚氨酯乳液穩(wěn)定性較好。與醋酸乙烯-乙烯乳液(VAE)共混時，容忍度較好，耐水解性能較普通羧酸型聚氨酯得到了明顯提高。
　　 (4)改變軟硬鏈段質(zhì)量比1.29-2.25，測試發(fā)現(xiàn)，成膜硬度

7、為29-51HD，軟硬可調(diào)，且具有較高的拉伸強度(大于35MPa)和斷裂伸長率(大于400％)。
　　 (5)軟段中磺酸聚酯的比例增加時，粒徑逐漸減小，呈現(xiàn)二元分布，固含量可提高至40％以上。膠膜熱穩(wěn)定性提高。
　　 2.由于脂肪族磺酸/羧酸型水性聚氨酯成本較高，難以滿足不同檔次的市場需求，不利于產(chǎn)品的推廣。因此，本論文采用甲苯二異氰酸酯(TDI)替代異佛爾酮二異氰酸酯(IPDI)，生產(chǎn)了一系列芳香族磺酸/羧酸型水性聚氨

8、酯。通過對實驗工藝的探究及各項測試表征，結(jié)果表明:
　　 (1)紅外測試證明成功采用羥基磺酸聚酯(S3001，Mn=2000)合成了芳香族磺酸/羧酸型水性聚氨酯，粒徑測試顯示，該乳液粒徑呈二元分布。
　　 (2)工藝探究發(fā)現(xiàn)采用先加冰水乳化，再緩慢加入乙二胺(EDA)進行擴鏈，可制得穩(wěn)定的聚氨酯乳液。
　　 (3)容忍性測試表明采用羥基磺酸聚酯為原料可以使聚氨酯乳液與醋酸乙烯-乙烯共聚乳液(VAE)共混時狀態(tài)穩(wěn)定