多重交聯(lián)改性水性聚氨酯的制備及其性能研究.pdf

1、隨著人們環(huán)境意識(shí)的加強(qiáng)，水性聚氨酯取代溶劑型產(chǎn)品已成為一個(gè)必然的發(fā)展趨勢(shì)，傳統(tǒng)的水性聚氨酯由于分子結(jié)構(gòu)的限制使其涂膜的硬度、耐水性、耐溶劑性等相關(guān)性能不足，限制了其應(yīng)用范圍。近年來(lái)通過(guò)改性提高其性能已成為國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。本論文結(jié)合水性聚氨酯的交聯(lián)改性和復(fù)合改性方法，通過(guò)多種改性方法提高交聯(lián)度，制得了一系列的改性水性聚氨酯(WPU)，分析了聚氨酯大分子和膠膜結(jié)構(gòu)，研究了改性乳液及其膠膜的性能。
　　 單一氨基硅氧烷改性。以異佛爾

2、酮二異氰酸酯(IPDI)、聚四氫呋喃二醇(PTMG1000)、二羥甲基丙酸(DMPA)、三羥甲基丙烷(TMP)等為原料合成了內(nèi)交聯(lián)的聚氨酯預(yù)聚體，通過(guò)3-氨基丙基三乙氧基硅烷(KH550)封端聚氨酯進(jìn)一步水解縮合交聯(lián)，得到了高交聯(lián)度的改性聚氨酯。采用傅里葉變換紅外光譜、熱重分析和X射線衍射對(duì)水性聚氨酯的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征，并測(cè)試了乳膠膜的力學(xué)性能和耐介質(zhì)性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，合成預(yù)聚體的較佳條件是：n(-NCO)：n(-OH)=1.4、w(-C

3、OOH)=1.8％、w(TMP)=1％；當(dāng)w(KH550)由0增至10％，乳膠膜的拉伸強(qiáng)度由18MPa增至28MPa,吸水率由17％降至8％，吸乙醇率由46％降至30％以下。表征結(jié)果顯示，KH550上的-NH2與聚氨酯的端-NCO發(fā)生反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了化學(xué)改性；KH550使水性聚氨酯的耐熱性明顯提高；隨w(KH550)的增大，結(jié)晶度下降。
　　 交聯(lián)改性和復(fù)合改性相結(jié)合的方法。以KH550為偶聯(lián)劑，加入親水型的納米二氧化硅(A200)

4、，通過(guò)溶膠-凝膠過(guò)程合成了一種水性聚氨酯/納米二氧化硅雜化材料(WPUNS)。通過(guò)FTIR、TG、DSC、AFM、物理機(jī)械性能測(cè)試對(duì)WPUNS的結(jié)構(gòu)和膜性能進(jìn)行了研究，用動(dòng)態(tài)激光光散射法測(cè)試了雜化乳液的粒徑和粒徑分布，并用TEM對(duì)乳液形貌進(jìn)行了觀察。紅外分析表明：WPU大分子和A200之間形成了化學(xué)鍵，粒徑和乳液形貌觀察顯示了PU大分子包裹A200粒子形成了復(fù)合粒子結(jié)構(gòu)。當(dāng)w(A200)由0增大到2％時(shí)，粒徑由79.9nm增至139.9

5、nm，膜的拉伸強(qiáng)度由6.32MPa增加到20.46Mpa，吸水率由28.3％降低到6.3％，硬度亦相應(yīng)提高。TG分析表明，A200的加入可以提高材料的耐熱性。DSC表明A200的加入使硬段Tg向高溫?cái)U(kuò)展。AFM表明A200的加入使涂膜的表面光滑度增加。
　　 多重交聯(lián)改性的方法。以WPU為基體，以γ-氨基丙基三乙氧基硅烷(KH550)封端改性，利用自制的N-[(1,1-二甲基-2-乙?；?乙基]-β-二羥乙氨基丙酰胺(DDP)做

6、為交聯(lián)單體，通過(guò)外加己二酸二酰肼(ADH)使其與聚氨酯大分子上的酮羰基團(tuán)進(jìn)行酮肼交聯(lián)反應(yīng)，進(jìn)行室溫交聯(lián)固化。經(jīng)過(guò)兩步的交聯(lián)反應(yīng)，通過(guò)多重交聯(lián)法制得了一種高交聯(lián)度的改性水性聚氨酯乳膠膜。紅外分析證實(shí)了DDP的合成；乳液形貌觀察顯示KH550的加入，可以使乳液粒子的粒徑增大明顯，而DDP則不能直接影響乳液粒徑的大?。划?dāng)DDP用量為6％，KH550用量為5％時(shí)，合成的高交聯(lián)度膠膜其物理機(jī)械性能為：鉛筆硬度2H，擺桿硬度0.84，吸水率8％，吸