软段含磺酸基和羧基的水性聚氨酯的合成与性能的研究

摘要

本论文采用1,2-丙二醇(1,2-PG)与1,3-间苯二甲酸二甲酯-5-磺酸钠(SPM)进行酯交换反应,制备得到了含磺酸盐的二元醇(SIPM-DO);并用该二元醇引发ε-己内酯(ε-CL)开环,制备了一系列含磺酸盐的聚己内酯二元醇(MPCL-S)。用DMPA引发开环ε-己内酯,制备了一系列含羧基的聚己内酯二元醇(MPCL-C)。通过产物酸值的测定,确定了DMPA开环ε-己内酯反应的合适条件。用示差扫描热分析(DSC)研究了离子的引入对聚己内酯二元醇的影响。研究表明,离子基团的引入降低了聚己内酯二元醇的熔点和熔解热焓,随着离子含量的增大,熔点和熔解热焓都减小。 用自制的含离子的聚己内酯二元醇提供亲水基团,以异氟尔酮二异氰酸酯(IPDI)作为硬段,聚己内酯(PCL220)作为软段,采用预聚体直接分散法成功合成了固含量40％的软段含离子的聚酯型水性聚氨酯,并用FT-IR表征了聚氨酯的分子结构,粒径分布仪、透射电子显微镜(TEM)和粘度计等表征了分散体的乳液性能,电子拉力机、示差扫描热分析(DSC)等测试了水性聚氨酯胶膜力学性能和热学性能,并与软硬段比例相同的硬段含离子的水性聚氨酯性能进行了比较。研究表明,软段含离子的水性聚氨酯具有较好的力学性能,与软硬段比例相同的硬段含离子的聚氨酯分散体比较,软段含离子的分散体平均粒径较小、粘度大；胶膜的硬度较大、耐水性好：由于离子的影响,软段的熔点和结晶度低。 本论文采用一系列自制的含离子的聚己内酯二元醇提供亲水基团,分别与不同的聚酯(PBA3310、PBA3320、PCL220)、聚醚(N210、N220)和异氰酸酯(IPDI、TDI、HDD反应,成功制备了一系列固含量40％的软段含羧基或者磺酸基的水性聚氨酯,并对其乳液性能和胶膜力学性能进行了研究。结果表明,用分子量为600的含羧基的聚己内酯二元醇(MPCL-C600)制备的一系列软段含羧基的水性聚氨酯性能较好；用PCL220作为软段制备的含羧基或者磺酸基的水性聚氨酯乳液稳定性好,胶膜的力学性能优异,具有强而韧的材料特点,具有很高的应用价值,为软段含离子的水性聚氨酯的应用提供了理论基础。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1水性聚氨酯乳液的性能特点

1.2软段含离子的水性聚氨酯的合成与性能

1.2.1软段含羧酸盐

1.2.2软段含磺酸盐

1.2.3软段含季胺盐

1.3软段含离子的水性聚氨酯的国内外应用进展

1.3.1生物工程材料

1.3.2离子导电材料

1.3.3磁材料

1.3.4 胶粘剂

1.4聚己内酯的合成及应用

1.4.1聚己内酯的合成

1.4.2聚己内酯的应用

1.5本课题的研究意义

1.6本课题的研究内容和创新点

1.6.1本课题的研究内容

1.6.2本课题的创新点

第二章含磺酸基和羧基的聚己内酯二元醇的合成与表征

2.1实验部分

2.1.1主要原材料

2.1.2含羧基和磺酸基的聚己内酯二元醇的合成

2.2分析与测试

2.2.1酸值测定

2.2.2羟值测定和分子量的计算

2.2.3 FT-IR红外分析

2.2.4示差扫描分析(DSC)

2.3结果与讨论

2.3.1DMPA与ε-己内酯合成条件的选择

2.3.2合成路线和红外光谱解析

2.3.3 MPCL-C和MPCL-S的DSC图谱分析

2.4本章小结

第三章软段含离子的水性聚氨酯与硬段含离子的水性聚氨酯的性能比较

3.1软段含离子的水性聚氨酯和硬段含离子的水性聚氨酯合成路线

3.1.1软段含羧基的水性聚氨酯和硬段含羧基的水性聚氨酯合成路线

3.1.2软段含磺酸盐的水性聚氨酯和硬段含磺酸盐的水性聚氨酯合成路线

3.2实验部分

3.2.1原材料

3.2.2水性聚氨酯分散体(PUD)的制备

3.2.3水性聚氨酯胶膜的制备

3.3测试与表征

3.3.1预聚物中-NCO含量的测定

3.3.2粘度测定方法

3.3.3粒径及粒径分布测定

3.3.4透射电镜TEM

3.3.5稳定性测试

3.3.6固含量测定

3.3.7 FT-IR红外表征

3.3.8示差扫描量热仪DSC测试

3.3.9拉伸强度、断裂伸长率的测定

3.3.10硬度的测定

3.3.11耐水性的测定

3.4结果与讨论

3.4.1MPCL代替DMPA提供亲水离子的优点

3.4.2红外光谱

3.4.3PUD-S、PUD-C的粒径、粒径分布和粘度

3.4.4聚氨酯分散体的TEM

3.4.5胶膜的力学性能

3.4.6胶膜DSC分析

3.4.7胶膜耐水性能

3.5结论

第四章软段含羧基和软段含磺酸基的水性聚氨酯性能研究

4.1实验部分

4.1.1原材料

4.1.2水性聚氨酯分散体的制备与表征

4.2软段含羧基的水性聚氨酯

4.2.1粒径分布

4.2.2力学性能

4.2.3耐水性

4.3软段含磺酸基的水性聚氨酯

4.3.1粒径分布

4.3.2力学性能

4.3.3耐水性

4.4流变行为

4.5本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间取得的研究成果

致谢