水性聚氨酯织物整理剂的合成及性能研究

摘要

水性聚氨酯是以水代替有机溶剂作为分散介质的新型聚氨酯体系，其分子结构中含氨基甲酸酯基、脲键和离子键，内聚能高，粘结力强，柔韧性好，且可通过改变软段长短和软硬段的比例调节聚氨酯性能。除此之外，它还具有无毒、不燃、气味小、不污染环境、节约能源、安全、加工方便、成膜透气性好等优点。国内外基于聚氨酯弹性体的纺织品整理剂、涂料、胶粘剂等产品的用途越来越广泛。
　　 目前聚氨酯产品以溶剂型为主，有机溶剂易燃易爆、易挥发、气味大，使用时造成大气污染，且近年来有机溶剂价格高涨及环保部门对有机溶剂的使用和废物排放的严格限制，使水性聚氨酯取代溶剂型聚氨酯成为一个重要的发展方向。而其中由脂肪族异氰酸酯生产的水性聚氨酯产品所具有的高性能和高品质更受人们青睐。
　　 本课题选用脂肪族六亚甲基二异氰酸酯(HDI)、聚己二酸丁二醇酯二元醇(PBA)、聚氧化丙烯二元醇(PPG)、二羟甲基丙酸(DMPA)、氮甲基二乙醇胺(N-MDEA)、双酚A(BPA)等为主要原料，采用离子自乳化法，合成了一系列稳定的聚酯聚醚混合型阴离子水性聚氨酯乳液和纯聚醚、纯聚酯型水性聚氨酯乳液，然后在涂有聚四氟乙烯的玻璃板上进行成膜，并对纯棉织物进行浸渍整理。
　　 通过对水性聚氨酯乳液性能、膜的力学性能以及整理后织物的抗皱性能的研究，结果发现：芳环类小分子扩链剂与HDI反应的活化能比聚酯多元醇和聚醚多元醇大，而在相同反应温度下，其反应速率常数比聚酯多元醇和聚醚多元醇小；随着聚酯聚醚型聚氨酯中聚酯组分的增加，乳液外观由半透明变为乳白色，稳定性稍有降低；随着聚氨酯链段中聚酯组分的增加，聚酯聚醚混合型聚氨酯膜的定应变应力的增大，且指粘性也得到了很好地改善，但其聚氨酯膜的断裂伸长率和断裂强度都很低，而软段为纯聚醚和纯聚酯的聚氨酯膜表现出较高的断裂伸长率；经交联剂交联后，膜的指粘性能得到了改善，聚酯多元醇含量较少的聚酯聚醚混合型聚氨酯膜经交联后断裂强力增加，断裂伸长降低，聚酯多元醇含量较多的聚酯聚醚混合型聚氨酯膜经交联后断裂强力减小，断裂伸长降低；随着多元醇分子量的增加，聚酯型水性聚氨酯膜的断裂强度和断裂伸长率增大，聚醚型水性聚氨酯膜的断裂强度和断裂伸长率减小；TDI型水性聚氨酯膜的指粘性明显优于HDI型的水性聚氨酯膜，但膜容易泛黄，且对于分子量较小的多元醇成膜偏硬；经水性聚氨酯整理后的织物，随着整理剂浓度的增大，弹性回复角均有变大的趋势；整理剂浓度较低时，阳离子水性聚氨酯的整理效果比阴离子水性聚氨酯好；HDI型水性聚氨酯的整理效果比TDI型水性聚氨酯好，聚醚型水性聚氨酯的整理效果比聚酯型水性聚氨酯好。

目录

文摘

英文文摘

1 文献综述

1.1 聚氨酯概述

1.2 聚氨酯的反应机理

1.2.1 与活泼氢化合物的反应[2][11]

1.2.2 化学结构对反应速度的影响

1.2.3 催化剂对反应速度的影响

1.3 水性聚氨酯研究进展

1.3.1 国外研究进展

1.3.2 国内研究进展

1.3.3 其他新型进展[20]

1.4 水性聚氨酯合成的原料选择

1.4.1 聚合物多元醇的选择

1.4.2 二异氰酸酯的选择

1.4.3 扩链剂的选择

1.4.4 交联剂的选择

1.4.5 封端剂的选择

1.4.6 中和剂的选择

1.4.7 溶剂的选择[27]

1.5 水性聚氨酯的制备方法

1.5.1 外乳化法

1.5.2 自乳化法[17][23]

1.6 水性聚氨酯的改性方法

1.6.1 复合共聚改性[15],[35],[36],[37]

1.6.2 其它改性[38]

1.7 水性聚氨酯的应用

1.7.1 水性聚氨酯在纺织工业中的应用

1.7.2 其他应用

1.8 本课题的目的及研究内容

1.8.1 本课题的目的

1.8.2 主要研究内容

2 实验部分

2.1 实验药品和仪器

2.2 实验准备和分析测试

2.2.1 药品前处理

2.2.2 HDI纯度及反应中NCO%的测定

2.2.3 多元醇羟值和分子量的测定

2.2.4 反应速率常数K0和活化能Ea的物理化学计算方法

2.3 反应性能基础研究

2.3.1 HDI与聚酯多元醇(PBA)反应的速率常数K和活化能Ea的测定

2.3.2 HDI与聚醚多元醇(PPG)反应的速率常数K和活化能Ea的测定

2.3.3 HDI与双酚A(BPA)反应的速率常数K和活化能Ea的测定

2.3.4 HDI与氮甲基二乙醇胺反应的速率常数K和活化能Ea的测定

2.4 水性聚氨酯的制备

2.4.1 水性聚氨酯的扩链方法

2.4.2 水性聚氨酯的合成工艺过程

2.4.3 水性聚氨酯膜的制备

2.4.4 棉织物整理工艺

2.5 性能测试

2.5.1 膜力学性能测试

2.5.2 整理织物弹性回复角测试

3 结果与讨论

3.1 HDI与不同双羟基化合物反应的反应特性

3.1.1 温度对反应中NCO%变化的影响

3.1.2 羟基化合物结构对反应速率常数K0与活化能Ea的影响

3.2 多元醇分子量对阴离子水性聚氨酯乳液性能的影响

3.3 聚酯／聚醚不同配比对阴离子水性聚氨酯乳液性能的影响

3.4 异氰酸酯结构对阴离子水性聚氨酯乳液性能的影响

3.5 聚酯／聚醚不同配比对阴离子水性聚氨酯膜外观性能的影响

3.6 交联剂对阴离子水性聚氨酯膜外观性能的影响

3.7 异氰酸酯结构对阴离子水性聚氨酯膜外观性能的影响

3.8 多元醇分子量对阴离子水性聚氨酯膜力学性能的影响

3.9 聚酯／聚醚不同配比对阴离子水性聚氨酯膜力学性能的影响

3.10 交联剂对阴离子水性聚氨酯膜力学性能的影响

3.11 阴离子水性聚氨酯合成过程中扩链方法对膜力学性能的影响

3.12 异氰酸酯结构对阴离子水性聚氨酯膜力学性能的影响

3.13 阳离子水性聚氨酯合成工艺的研究

3.14 阳离子水性聚氨酯与阴离子水性聚氨酯乳液性能的比较

3.15 阳离子水性聚氨酯与阴离子水性聚氨酯膜力学性能的比较

3.16 自制阴离子水性聚氨酯与市售相关产品的性能比较

3.17 水性聚氨酯在织物整理上的应用

3.17.1 整理剂浓度对整理效果的影响

3.17.2 异氰酸酯结构对整理效果的影响

3.17.3 阳离子水性聚氨酯和阴离子水性聚氨酯的整理效果比较

4 结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文目录

致谢