非異氰酸酯聚氨酯水性化及其應(yīng)用.pdf

1、聚氨酯(Polyurethane,PU)因其卓越的耐久性、抗沖擊性、附著力以及耐磨、應(yīng)力松弛等機械性能而廣泛用于泡沫材料、橡膠、彈性體、皮革、纖維、涂料和膠黏劑等領(lǐng)域。傳統(tǒng)聚氨酯的合成建立在羥基與異氰酸酯基的反應(yīng)的基礎(chǔ)上。然而,異氰酸酯毒性較高,揮發(fā)性大,對人體健康和環(huán)境造成嚴重的危害;而且異氰酸酯以劇毒的光氣為原料,生產(chǎn)過程十分危險。此外,異氰酸酯具有濕敏性,與水接觸后反應(yīng)放出 CO2,不僅消耗了原料,而且降低了制品的性能。
　

2、　溶劑型涂料大量使用有機溶劑,易燃易爆;溶劑揮發(fā)造成嚴重的環(huán)境污染,危害人體健康,而且嚴重浪費資源。水性涂料可以克服溶劑型涂料的上述缺點,成為行業(yè)發(fā)展的趨勢。
　　本文利用環(huán)碳酸酯與胺基的反應(yīng),以非異氰酸酯的路徑合成了聚氨酯,即非異氰酸酯聚氨酯(Nonisocyanate Polyurethane,NIPU)。NIPU的關(guān)鍵原料環(huán)碳酸酯可以用CO2與環(huán)氧化合物合成,減少了溫室氣體的排放。以甲基丙烯酸環(huán)碳酸酯(CCMA)為功能性單體

3、,結(jié)合常用的水性樹脂合成技術(shù),通過三種不同的方法合成了自乳化型、水溶性及乳液型三種穩(wěn)定性良好的雙組份水性NIPU體系。
　　1、以N–乙烯基吡咯烷酮(NVP)為親水單體,制備了自乳化型NIPU前體聚合物。用己二胺固化該前體聚合物生成NIPU。實驗探討了親水單體對環(huán)碳酸酯與胺基之間反應(yīng)的影響,證明了羧基對該反應(yīng)的阻礙作用;當NVP用量為35 wt％時,可以獲得穩(wěn)定的前體聚合物乳液,但動態(tài)光散射(DLS)及透射電子顯微鏡(TEM)證明

4、其稀釋穩(wěn)定性差;傅立葉變換紅外光譜(FT-IR)分析證明,聚合物中的環(huán)碳酸酯側(cè)基與胺基反應(yīng)生成了NIPU;漆膜的附著力為0級,硬度可達2H,耐汽油性大于48 h,但耐沖擊性及耐水性差。
　　2、CCMA先與乙二胺反應(yīng)生成含兩個氨基甲酸酯基的大單體M,然后再與親水單體甲基丙烯酸(MAA)及其它乙烯基不飽和單體共聚制備了水溶性NIPU,并用氮丙啶交聯(lián)劑與NIPU中的羧基交聯(lián)固化提高了漆膜的性能。實驗探討了大單體M的合成條件及其最佳用量

5、;研究了MAA用量對NIPU體系穩(wěn)定性的影響;討論了MAA和氮丙啶交聯(lián)劑用量對漆膜性能的影響。以5％的氮丙啶交聯(lián)劑固化的NIPU漆膜附著力為0級,耐沖擊性大于50 cm,硬度可達2H,耐汽油性大于48 h,耐水性為2.5 h。
　　3、用種子乳液聚合的方法制備了含環(huán)碳酸酯側(cè)基的NIPU前體聚合物乳液。用己二胺固化該前體聚合物生成NIPU。DLS及TEM表征表明乳膠粒粒徑較小(110 nm),分布較均勻(PDI=0.15);FT-I