植物油改性陽離子水性聚氨酯的合成及性能研究.pdf

1、21世紀以來，隨著人們對環(huán)境保護意識的提高以及各種環(huán)保法規(guī)的完善，溶劑型聚氨酯中含有的有機溶劑導致的負作用越來越明顯。因此，水性聚氨酯(WPU)的發(fā)展就具有非常重要的意義，其具有有機揮發(fā)物含量低，無毒無污染等優(yōu)點。WPU是在聚氨酯預聚體生成的過程中，加入具有親水性能的小分子擴鏈劑，在反應結束后，加入中和劑中和，成鹽后加水乳化就制備出了水性聚氨酯乳液，這種方法就是一般通用的自乳化法。自乳化法的原理是將親水基團引入到聚氨酯分子側鏈或者主鏈上

2、，乳化的時候不用加入乳化劑，就能使聚氨酯分散于水中，乳液粒徑比較小，成膜性能優(yōu)異，能長期穩(wěn)定存在。另一種制備水性聚氨酯的方法是在乳化過程中加入乳化劑，采用高速攪拌的方法進行強制分散，制備的乳液粒徑較大，穩(wěn)定性較差，固含量可達到50％以上，外乳化法一般用的較少。
　　 水性聚氨酯現(xiàn)在廣泛應用于皮革涂飾劑、木器漆、膠黏劑、涂料等行業(yè)，已經(jīng)開始逐步取代溶劑型聚氨酯。在這些應用中，大多用的都是陰離子水性聚氨酯，在這方面的研究報道很多，而

3、陽離子水性聚氨酯方面的研究較少，這主要是因為陽離子水性聚氨酯在制備過程中使預聚體季銨鹽化的工藝復雜，加之成本比較高，乳化產(chǎn)品穩(wěn)定性也比陰離子水性聚氨酯差。與陰離子水性聚氨酯相比較，陽離子水性聚氨酯有其獨特的性能，應用價值較大，開發(fā)新型陽離子水性聚氨酯具有重要的研究意義?，F(xiàn)在石油資源日益枯竭、石化產(chǎn)品價格不斷走高，對可再生能源進行研究已經(jīng)勢在必行，用生物質多元醇代替石化原料來生產(chǎn)聚氨酯是可行的趨勢，生物質多元醇主要有植物油、植物纖維素、木

4、質素等，據(jù)報道，生物質多元醇相比于石油多元醇能耗降低達到23％左右，不可再生能源消耗降低了61％，使用1kg生物質聚氨酯能夠少向大氣中排放1.2kg二氧化碳。在本論文中采用的生物質多元醇中的植物油改性陽離子水性聚氨酯。
　　 本文以聚醚(N-210)、異佛爾酮二異氰酸酯(IPDI)、開環(huán)環(huán)氧大豆油(KESO)、N-甲基二乙醇胺(MDEA)、一縮二乙二醇(DEG)為主要原料，運用三步法合成一系列開環(huán)環(huán)氧大豆油量改性的陽離子水性聚氨

5、酯乳液。通過對乳液粒徑、膠膜紅外光譜、力學性能、邵氏硬度、熱重分析、耐水性、耐酸堿等測試研究KESO含量對陽離子水性聚氨酯乳液及膠膜性能的影響。結果表明，當KESO的質量含量在20.4％以下時都能合成穩(wěn)定的陽離子水性聚氨酯乳液;隨著KESO含量的增加，乳液的粒徑會變大;由于KESO中含有三個羥基，使聚氨酯分子結構變成三維網(wǎng)狀結構，提高了膠膜的力學性能，熱穩(wěn)定性也得到一定程度提高。
　　 以異佛爾酮二異氰酸酯(IPDI)、聚己二酸

6、1，4丁二醇酯二醇(PBA)、聚氧化丙烯二醇(N-210)、蓖麻油(C.O)、一縮二乙二醇(DEG)、N.甲基二乙醇胺(MDEA)、三羥甲基丙烷(TMP)等為主要原料合成了一系列蓖麻油改性的陽離子水性聚氨酯。運用紅外光譜、吸水率、熱重分析、擺桿硬度、拉伸實驗等測試，研究了蓖麻油的加入量對WPU乳液穩(wěn)定性、耐水性、熱穩(wěn)定性、硬度、力學性能等性能的影響。測試結果顯示，蓖麻油的加入使得聚氨酯乳液的粒徑不斷增大，乳液的穩(wěn)定性隨著蓖麻油的不斷加入

7、，會有稍微降低;蓖麻油的引入能夠提高材料的力學性能，且能使膠膜在有較好的拉伸強度的前提下還有很好的斷裂伸長率，當蓖麻油含量達到8.3％，膠膜的拉伸強度能達到20.1MPa，熱穩(wěn)定性有提高;聚氨酯膠膜的吸水率下降，聚氨酯的吸水率最多能降低至1％左右。
　　 用聚酯型陽離子水性聚氨酯和聚醚型陽離子水性聚氨酯加入一定比例的助劑配制成水性膠黏劑，與陰離子水性聚氨酯膠黏劑進行比較。結果顯示，聚酯型膠黏劑的各項性能都優(yōu)于聚醚型膠黏劑，已經(jīng)非