无溶剂法制备水性聚氨酯的研究及MMA原位聚合改性的探讨

摘要

随着人类生活质量的提高，各项环保法规更趋严格。对许多绿色环保产品不仅仅着眼于其最终产品形式是否环保，也已开始关注其生产过程中是否绿色环保。 本课题首先以目前生产水性聚氨酯普遍使用的异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、聚酯、聚醚二元醇、二羟甲基丙酸(DMPA)为主要原料以无溶剂法合成水性聚氨酯，用FTIR、粒径分析等手段研究了原料的选择、反应温度、亲水基团引入方式等工艺因素对无溶剂法制备水性聚氨酯的影响。通过研究得出IPDI和聚酯/聚醚二元醇预聚阶段前期适宜的反应温度为60℃，亲水基团在预聚反应后期引入，适宜的反应温度为80℃，以三乙胺作为中和剂，中和后以乙二胺或二乙烯三胺为扩链剂，扩链反应适宜的温度为0℃。由此制得绿色环保、性状稳定而且粒径均一的水性聚氨酯乳液。通过粒径分析仪测得乳液平均粒径为55.7nm。 其次，通过调整软硬段比例、软段结构、羧基含量和扩链剂种类等参数，考察了它们对胶膜物理机械性能及耐水性的影响，研究了水性聚氨酯的结构与性能的关系，为今后的实际应用作理论准备。结果表明随着硬段含量的增加，胶膜的断裂强度增大，最大伸长率逐步下降，同时耐水性变差；随着软段结构中聚酯的含量增加，胶膜断裂强度增大，耐水性提高，而最大伸长率下降；随着羧基含量的增加，胶膜的断裂强度增加，耐水性下降；同时采用三元胺作为扩链剂制备的水性聚氨酯胶膜其力学强度和耐水性都要高于采用二元胺作为扩链剂的水性聚氨酯胶膜。 然后，针对水性聚氨酯耐水性较差、成本较高的缺点，本课题用甲基丙烯酸甲酯原位聚合改性水性聚氨酯。通过选择合适的引发体系，制备得到不同甲基丙烯酸甲酯含量的水性聚氨酯复合乳液；测定了不同甲基丙烯酸甲酯含量的水性聚氨酯复合乳液的粒径及分布，探讨了原位聚合的历程；并研究了复合乳液组成对胶膜力学性能及耐水性的影响。研究发现随着。MMA含量的增加，复合乳液胶膜的断裂强度上升，而最大伸长率下降。MMA用量在10％～30％范围时，胶膜物理机械性能变化幅度不大；随着MMA加入量的增加，吸水率有明显的下降。这表明丙烯酸酯类单体原位聚合改性水性聚氨酯可以在基本不影响其物理机械性能的基础上，改善水性聚氨酯的耐水性并降低成本。同时，针对本课题的研究提出了下一步工作的设想。

目录

文摘

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声明

第一章绪论

1.1 概述

1.2 水性聚氨酯的发展概况

1.3 水性聚氨酯的分类

1.3.1以聚氨酯结构分类

1.3.2以乳化方式分类

1.4 自乳化历程及粒子稳定机制

1.4.1 预聚体自乳化历程

1.4.2分散粒子的结构和稳定机理

1.5 自乳化型水性聚氨酯的制备方法

1.5.1 丙酮法

1.5.2 预聚体直接分散法

1.5.3熔融分散法

1.5.4 酮亚胺法和酮丫嗪法(Ketimine和Ketamine)

1.6 制备水性聚氨酯的原料

1.6.1二异氰酸酯

1.6.2 多羟基化合物

1.6.3 扩链剂

1.6.4 中和剂

1.7 水性聚氨酯的性能特点

1.8 水性聚氨酯的改性技术

1.8.1 物理共混

1.8.2 化学共混改性

1.8.3 互穿网络乳液聚合

1.8.4 核壳乳液聚合

1.8.5 复合乳液共聚

1.8.6原位聚合法

1.8.7交联改性技术

1.9 本研究课题的意义及主要内容

1.9.1 本研究课题的意义

1.9.2 本课题的主要内容

第二章无溶剂法制备水性聚氨酯

2.1 实验部分

2.1.1 实验原料

2.1.2 实验装置

2.1.3 无溶剂法合成水性聚氨酯的步骤

2.1.4表征手段

2.2 结果与讨论

2.2.1无溶剂法的工艺路线

2.2.2影响无溶剂法制备水性聚氨酯的工艺因素

2.2.3产物粒径的测定

2.3 本章小结

第三章水性聚氨酯结构与性能的关系

3.1 实验部分

3.1.1实验原料

3.1.2水性聚氨酯合成方法

3.1.3胶膜的制备

3.1.4胶膜力学性能的测定

3.1.5胶膜吸水率的测定

3.1.6红外分析

3.2 结果与讨论

3.2.1影响水性聚氨酯胶膜机械性能的因素

3.2.2影响水性聚氨酯耐水性的因素

3.3 本章小结

第四章甲基丙烯酸甲酯原位聚合法改性水性聚氨酯

4.1 实验部分

4.1.1实验原料

4.1.2实验方法

4.1.3胶膜的制备

4.1.4固含量测定

4.1.5粒径测定

4.1.6胶膜力学性能的测定

4.1.7胶膜吸水率的测定

4.2 结果与讨论

4.2.1影响甲基丙烯酸甲酯原位聚合的因素

4.2.2甲基丙烯酸甲酯用量对复合乳液性能的影响

4.3 本章小结

第五章 结论与展望

5.1结论

5.2展望

参考文献

作者在攻读硕士学位期间公开发表的论文

作者在攻读硕士学位期间所作的项目

致 谢