双羟甲基硅油和含氟聚醚油对IPDI-聚醚型水性聚氨酯的改性

摘要

由聚四氢呋喃醚二醇(PTMG)、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、1,4-丁二醇(1,4-BDO)和二羟甲基丙酸(DMPA)为单体，双羟基封端二甲基硅氧烷(PDMS)和双羟基封端的全氟聚醚油(E10-H)作为软段改性剂，三乙胺(TEA)作为成盐剂，二甲基甲酰胺(DMAC)和丙酮为溶剂，水为分散剂，通过改变不同[-NCO]/[-OH](R值)、改变不同PDMS和E10-H含量合成了一系列水性聚氨酯乳液。本论文的实验基础为皮革涂饰剂的顶层涂料配方，因此本论文目的是对水性聚氨酯的基本配方的探索和对材料的性能进行优化探索。
　　实验采用衰减全反射型红外光谱仪对聚氨酯分子进行结构变化的分析，发现随着R值的增加，1660cm-1脲羰基特征吸收峰增加；随着PDMS含量的增加，803cm-1处的Si-C特征吸收峰增加；随着E10-H含量的增加导致1400-1100cm-1波数段的红外吸收峰发生明显的弥散现象。并通过光散射法测量了乳液的粒径，发现随着R值增加乳液粒径和分散指数增加；而PDMS的加入使得乳液的分散度变大而对乳液粒径的平均值有较小的影响；通过悬滴法测量的乳液表面张力结果表明PDMS的加入有降低乳液表面张力的作用。通过动态力学性能分析、热失重分析和流变性能的分析，对聚氨酯膜材料的性能进行了分析，结果发现膜材料低温区有低于室温50℃的玻璃化转变温度，这说明其有较好的弹性，且有较高的分解温度和抗剪切能力。通过扫描电子显微镜观察了聚氨酯膜脆断后的断面形貌，结果发现纯聚氨酯膜具有光滑的断面，而加入PDMS或E10-H改性聚氨酯膜断面变得粗糙并有小的分离相区；PDMS改性聚氨酯断面出现微米级的相区，但是PDMS和E10-H双改性聚氨酯断面却出现相区尺寸减小的情况，这些内部结构会影响到材料力学性能。通过拉伸试验观察到样品中PDMS含量为2％和R值为1.2的时候，膜试样的断裂伸长率最大为1143%。通过材料在水中的溶胀率和水接触角对聚氨酯膜的疏水性能进行了研究，发现PDMS对材料在水中的溶胀性能有很大的影响，E10-H会大大增加材料表面的水接触角，其最大值可达到100o。XPS的结果显示含有F和Si元素的链段有较好的表面迁移能力。

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第一章 文献综述

1.1 水性聚氨酯(Waterborne Polyurethane)简介

1.2 水性聚氨酯的分类

1.3 水性聚氨酯的合成和乳化工艺

1.4 相转变-自乳化机理及乳液的稳定机理

1.5 水性聚氨酯材料的结构与性能

1.6 水性聚氨酯的改性材料

1.7 水性氨酯的应用及发展趋势

1.8 论文的立题思想及研究方案

第二章 实验部分

2.1 实验原料

2.2 性能测试与结构表征

2.3 实验过程

2.4 膜的制备

第三章 PDMS和PTMG对PU性能影响

3.1 固含量对水性聚氨酯黏度的影响

3.2 亲水扩链剂二羟甲基丙酸(DMPA)含量对WPU乳液性能的影响

3.3 中和度对WPU乳液性能的影响

3.4 加水速度对乳液粘度和粒径的影响

3.5 水性聚氨酯乳液的配方和性质

3.6 聚氨酯薄膜的红外光谱研究

3.7 膜的动态热机械分析

3.8 聚氨酯膜材料的热稳定性

3.9 PU膜的拉伸性能

3.10 PU膜的断面的扫描电子显微镜图片

第四章 全氟聚醚油(E10-H)和PDMS改性PU的性能分析

4.1 改性聚氨酯乳液的基本配方和性质

4.2 聚氨酯薄膜的红外光谱研究

4.3 样品的结晶性能分析（广角X射线衍射仪）

4.3 PU膜材料表面元素和结构分析(光电子能谱)

4.4 热稳定性分析(TGA)

4.5 流变性质的分析

4.6 PU膜的断面的形貌分析

第五章 结 论

致谢

参考文献

作者简介

攻读硕士学位期间研究成果