磺酸鹽-羧酸鹽復(fù)合型水性聚氨酯的合成與性能研究.pdf

1、水性聚氨酯(WPU)膠黏劑因其具有極低VOCs排放量以及優(yōu)異的性能得到社會各界廣泛的關(guān)注，是膠黏劑領(lǐng)域最受歡迎的環(huán)境友好型產(chǎn)品之一。目前市場上廣泛使用的羧酸型WPU存在穩(wěn)定性不佳、使用過程中對pH值敏感性強(qiáng)、耐水性及初粘性差等缺點，限制了其更大規(guī)模的應(yīng)用。針對上述問題，本文首先采用磺酸型聚酯二元醇對WPU進(jìn)行改性。使用一種市售的磺酸型聚酯二元醇BY3301為原料，部分取代制備傳統(tǒng)羧酸型WPU常用的親水?dāng)U鏈劑二羥甲基丁酸(DMBA)，將磺

2、酸鹽基團(tuán)以側(cè)基的形式引入到聚氨酯分子中的軟段上，制備了一種磺酸鹽/羧酸鹽復(fù)合陰離子型WPU膠黏劑;并使用高結(jié)晶能力的聚酯二元醇PBAD，來提高聚氨酯分子軟段的結(jié)晶能力，以改善聚氨酯膠膜的耐水性、粘接性能等;然后進(jìn)一步使用納米硅溶膠對WPU進(jìn)行改性，以增強(qiáng)其耐水性和粘接能力。論文系統(tǒng)研究了磺酸鹽用量，以及WPU分子鏈段的結(jié)晶性和納米二氧化硅溶膠對膠膜性能的影響規(guī)律。本文主要工作內(nèi)容如下:
　　(1)采用一種市售的接枝磺酸鈉的水溶性聚

3、酯二元醇BY3301，以不同比例替代羧酸型親水?dāng)U鏈劑DMBA，將磺酸鹽引入到PU分子鏈的軟段上，同時優(yōu)化工藝，制備了一系列磺酸鹽/羧酸鹽復(fù)合型陰離子WPU。使用FT-IR、TEM、納米粒徑分析儀、穩(wěn)定性分析儀等手段表征了磺酸鹽/羧酸鹽復(fù)合型WPU的結(jié)構(gòu)、乳膠粒子的形態(tài)、粒徑大小及分布，研究了磺酸基團(tuán)及其用量對WPU乳液穩(wěn)定性的影響規(guī)律。結(jié)果表明，磺酸鹽/羧酸鹽復(fù)合型WPU乳膠粒子具有更規(guī)則光滑的球形形貌和更大的粒徑。在保持離子基團(tuán)總量（

4、BY3301的磺酸鈉基團(tuán)和DMBA中和過的羧酸基團(tuán)的離子當(dāng)量）不變的情況下，隨著BY3301用量的增加，其制備的復(fù)合型WPU具有更高的Zeta電位，更寬的耐酸堿范圍，同時還表現(xiàn)出更好的高溫穩(wěn)定性和凍融穩(wěn)定性。
　　(2)采用高結(jié)晶度的聚酯二元醇PBAD、接枝磺酸鈉的聚酯二元醇BY3301為軟段，二異氰酸酯IPDI和HDI、擴(kuò)鏈劑DMBA和EDA為硬段合成了結(jié)晶型WPU。研究了WPU的合成過程，PBAD分子量，R值，HDI/IPDI

5、質(zhì)量比等因素對乳液結(jié)晶性能的影響，及其對膠膜耐水性、力學(xué)性能、粘接性能等的影響。結(jié)果表明，在合成WPU的多步過程中，軟段的結(jié)晶度逐漸降低。對比磺酸/羧酸復(fù)合型WPU和羧酸型WPU，復(fù)合型WPU的結(jié)晶度更高。聚氨酯分子軟段結(jié)晶性的提高，可以顯著地提高水性聚氨酯的耐水性和粘接性能。當(dāng)軟段采用PBAD3000和BY3301，預(yù)聚時R(n(-NCO)/n(-OH))值為1.6，HDI/IPDI質(zhì)量比為1/2時，制備得到的WPU膠膜的耐水性、拉伸

6、強(qiáng)度以及剝離強(qiáng)度等綜合性能最佳。
　　(3)在WPU乳液中加入納米SiO2溶膠，合成了納米SiO2/WPU雜化乳液，對其耐水性、拉伸強(qiáng)度及膠膜斷面形貌、剝離強(qiáng)度進(jìn)行了表征。結(jié)果表明，適量納米SiO2溶膠的引入，可以提高WPU膠膜的交聯(lián)度，增加膜的致密性，從而改善水性聚氨酯的耐水性和力學(xué)性能。當(dāng)其加入量為5 wt％時，膠膜的綜合性能最佳。此時膠膜吸水率降低至4.4％，拉伸強(qiáng)度達(dá)到32.0 Mpa，斷裂伸長率為658％，彈性模量為32