热致形状记忆水性聚氨酯的制备与性能

摘要

本论文采用自乳化法，以聚酯二元醇、二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)或异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、二羟甲基丙酸(DMPA)、乙二胺(EDA)、三羟甲基丙烷(TMP)等为原料分别合成了脂肪族、芳香族和低度交联的形状记忆水性聚氨酯。通过傅里叶红外光谱对形状记忆聚氨酯进行了结构表征。探讨了NCO/OH摩尔比、DMPA含量、扩链剂种类以及乳化温度对芳香族和脂肪族聚氨酯乳液的黏度、粒径，胶膜吸水率、拉仲强度及断裂伸长率等基本性能和形状记忆效应的影响。
　　 聚氨酯的基本性能研究表明：随着NCO/OH摩尔比的增大，乳液粒径增大，黏度减小。胶膜吸水率提高，拉伸强度上升，断裂伸长率下降；随着DMPA含量的增大，乳液粒径减小，黏度增大。胶膜吸水率上升，拉伸强度提高，断裂伸长率降低；EDA扩链的聚氨酯乳液黏度大，胶膜吸水率较高，拉伸强度较大；低温乳化的聚氨酯的乳液粒径较小，胶膜的吸水率较低，拉伸强度较高。芳香族聚氨酯的耐水性和力学性能优于脂肪族聚氨酯，但乳液稳定性不及后者。脂肪族线型聚氨酯加入TMP后，形成化学交联结构，耐水性和拉伸强度得到改善，透湿性能下降。
　　 聚氨酯的形状记忆性能研究表明：随着硬段含量的增加，形状记忆聚氨酯的形状固定率下降，形状回复率上升。芳香族SMPU的形状回复性能优于脂肪族线型SMPU。EDA扩链的聚氨酯比BDO扩链的聚氨酯的形状记忆性能优良。当加入约1％的TMP，SMPU的形状固定率大于80％，形状回复率高达98％，这是由于低度交联聚氨酯内部化学交联与物理交联的协同作用，提高了形状回复性能。多次拉伸－回复有助于提高形状回复性能，形状回复率接近100％。形状记忆聚氨酯对温度敏感，最终形状回复温度(形状回复率达到最大值时的回复温度)与硬段结构关系不大。