超支化聚異氰脲酸酯-酯型水性聚氨酯的制備及其性能研究.pdf

1、超支化水性聚氨酯由于具有良好的耐熱性、耐水性及力學(xué)性能等優(yōu)點，逐漸成為學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的研究熱點。本研究首先合成3代端羥基超支化聚異氰脲酸酯-酯（HPICEs）；然后合成部分-NCO封端的水性聚氨酯預(yù)聚體（PPU）；最后將HPICEs與PPU通過接枝反應(yīng)，制備得到3種結(jié)構(gòu)不同的超支化聚異氰脲酸酯-酯型水性聚氨酯（HWPUs）。通過試驗，確定最佳的制備方案，并分別對各產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)及各項性能進(jìn)行測試表征。主要內(nèi)容包括以下幾個方面：
　　以

2、丙烯酸甲酯（MA）與二乙醇胺（DEA）為原料，通過邁克爾加成反應(yīng)合成AB2單體，再通過引入中心核三-（2-羥乙基）異氰脲酸酯（THEIC），通過酯交換反應(yīng)合成一代端羥基超支化聚異氰脲酸酯-酯（HPICE-G1）。通過單因素試驗和正交試驗確定合成反應(yīng)的最佳條件，在最優(yōu)合成條件下，以HPICE-G1為核，AB2單體為接枝單元得到二代端羥基超支化聚異氰脲酸酯-酯，HPICE-G2；依據(jù)同樣的方法合成三代端羥基超支化聚異氰脲酸酯-酯，HPICE

3、-G3。通過傅里葉紅外光譜儀（FI-IR）和核磁共振儀（1H-NMR）對HPICEs的結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征，結(jié)果表明：反應(yīng)按預(yù)期合成路線進(jìn)行；通過凝膠滲透色譜法（GPC）測定HPICEs的相對分子質(zhì)量，結(jié)果表明：HPICE-G1、HPICE-G2和HPICE-G3的實際相對分子質(zhì)量分別為630、1393和3108，反應(yīng)較理想；通過熱分析法（TG）測定 HPICEs的熱穩(wěn)定性，結(jié)果表明：HPICE-G1、HPICE-G2和HPICE-G3失重5％

4、時的分解溫度分別為157℃、178℃和192℃，說明產(chǎn)物具有良好的熱穩(wěn)定性。
　　以異佛爾酮二異氰酸酯（IPDI），聚四氫呋喃醚二醇（PTMEG，Mn=2000），二羥甲基丙酸（DMPA）為原料，1,4-丁二醇（BDO）為親水?dāng)U鏈劑，無水乙醇（C2H5OH）為封端劑，二月桂酸二丁基錫（DBTDL）為催化劑，采用內(nèi)乳化法，根據(jù)逐步加成聚合原理合成PPU；最后將PPU接枝到HPICEs上，制備得到3種結(jié)構(gòu)不同的新型超支化聚異氰脲酸酯-

5、酯型水性聚氨酯，即HWPU-G1、HWPU-G2和HWPU-G3。
　　通過單因素優(yōu)化試驗確定合成HWPUs的最佳條件：即預(yù)聚反應(yīng)時間為2h，預(yù)聚反應(yīng)溫度為80℃；通過乳液外觀、乳液穩(wěn)定性、乳液粒徑及膠膜的成膜性、力學(xué)性能、水接觸角和吸水率等因素綜合確定反應(yīng)體系中n(-NCO):n(-OH)=5:1，w(HPICE)=3.75%，w(DMPA)=5%。
　　采用FT-IR對產(chǎn)品WPU、HWPU-G1、HWPU-G2和HWPU

6、-G3的結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征，結(jié)果表明：反應(yīng)按照預(yù)期設(shè)計路線進(jìn)行。對各產(chǎn)物的物理性能進(jìn)行測試分析，結(jié)果表明：WPU、HWPU-G1、HWPU-G2和HWPU-G3的乳液穩(wěn)定性良好；乳液固含量分別為28.9%、29.4%、29.7%和29.9%；乳液粒徑分別為41.79nm、51.35nm、52.97nm和54.05nm；膠膜的拉伸強(qiáng)度分別為18.08MPa、23.27MPa、26.16MPa和34.41MPa；斷裂伸長率分別為644.52%、6

7、34.01%、619.03%和547.49%；膠膜24h后的吸水率分別為10.4%、7.75%、7.05%和5.59%；水接觸角分別為68.8°、71.6°、78.3°和83.4°。與WPU相比，HWPU-G1、HWPU-G2和HWPU-G3乳液的固含量、乳液粒徑、膠膜的拉伸強(qiáng)度和水接觸角逐漸增大，而斷裂伸長率和吸水率逐漸減小，說明HWPUs具有良好的耐水性和力學(xué)性能。采用現(xiàn)代儀器對WPU和 HWPUs膠膜的結(jié)晶性、表面形貌、熱穩(wěn)定性和

8、比表面積進(jìn)行測定。X射線衍射儀（XRD）結(jié)果表明：WPU、HWPU-G1、HWPU-G2和HWPU-G3膠膜的結(jié)晶度分別為9.21%、3.18%、2.03%和1.75%，說明膠膜分子排列的規(guī)整性下降；原子力顯微鏡（AFM）和掃描電鏡（SEM）結(jié)果表明：WPU、HWPU-G1、HWPU-G2和HWPU-G3膠膜的連續(xù)相結(jié)構(gòu)逐漸增強(qiáng)，表面更平整；TG結(jié)果表明：WPU、HWPU-G1、HWPU-G2和HWPU-G3膠膜的的初始分解溫度分別為2