内交联型水性聚氨酯胶粘剂的制备及其后扩链机理的研究

摘要

由于“毒”塑胶跑道事件，人们对体育场地的无毒环保方面高度关注，而国内塑胶跑道用胶粘剂主要为溶剂型单组分湿固化聚氨酯，其中游离的甲苯二异氰酸酯(TDI)和溶剂对人体健康和环境有害。因为水性聚氨酯(WPU)绿色环保且对各种基材有较好的粘接性，本文根据水性聚氨酯的结构与性能关系，通过原料和功能单体的选择、通过配方设计与合成工艺控制，制备了满足塑胶跑道使用要求的绿色环保、低成本、高粘接性的芳香族TDI型水性聚氨酯胶粘剂，并研究了其后扩链的过程机理。
　　以TDI、聚醚二元醇、三羟甲基丙烷(TMP)和二羟甲基丙酸(DMPA)为主要原料制备内交联型水性聚氨酯乳液，通过FT-IR红外表征、粘度、吸水率和剥离强度测试，研究了亲水基团数量、内交联程度、合成过程中溶剂与催化剂用量、微相分离程度和固化剂用量等因素对WPU乳液和胶膜性能的影响。实验结果发现，随着DMPA含量的增加，WPU胶膜的吸水率增大，剥离强度先增大而后基本趋于不变;当TMP含量从0.5％增加到2％时，WPU胶膜的吸水率先降低后增大，剥离强度先增大后降低;随着催化剂用量的增加，WPU乳液的稳定性降低，但WPU的吸水率降低，剥离强度先增大后降低;随着溶剂用量的增加，WPU乳液的稳定性提高，胶膜的剥离强度增大;提高硬段含量导致WPU的粘接强度降低;加入固化剂可明显提高WPU的粘接性;当Wt(DMPA)=5％、Wt(TMP)=1％、Wt(Catalyst)=0.2％、Wt(Solvent)=30％以及固化剂用量为WPU乳液质量的2％～3％时，WPU的综合性能最优。
　　在上部分的基础上，研究了水、扩链温度、-NCO/-OH摩尔比及扩链比等因素对乙二胺(EDA)后扩链芳香族TDI型水性聚氨酯过程的影响，并分析了后扩链的过程机理。FT-IR测试表明，分散体中的H2O可通过与聚氨酯中残留异氰酸酯基团(-NCO)的竞争反应影响EDA的后扩链过程。分子量及粒径与Zeta电位测试表明，H2O扩链导致分散体失稳;低扩链比时，H2O对EDA的后扩链过程影响明显，但高扩链比时，后扩链聚氨酯的分子量降低;扩链温度升高，经EDA后扩链聚氨酯的分子量降低，而分散体粒径增大。当-NCO/-OH摩尔比为1.20、扩链温度为30℃、扩链比为60％时，可有效减弱水对后扩链的不利影响，提高乙二胺的后扩链效果。

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致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 水性聚氨酯简介

1．2 原料选择和制备方法

1．2．1 原料选择

1．2．2 制备方法

1．3 交联改性

1．4 后扩链研究进展

1．5 课题主要研究内容与意义

第二章 内交联型水性聚氨酯胶粘剂的制备与性能研究

2．1 前言

2．2 实验部分

2．2．2 实验仪器

2．2．3 水性聚氨酯乳液和胶膜的制备

2．2．4 结构表征与性能测试

2．3 结果与讨论

2．3．1 FT-IR测试与结果分析

2．3．2 DMPA含量对WPU乳液和胶膜性能的影响

2．3．3 TMP含量对WPU乳液和胶膜性能的影响

2．3．4 催化剂对WPU乳液和胶膜性能的影响

2．3．5 溶剂对WPU乳液和胶膜性能的影响

2．3．6 硬段含量对WPU乳液和胶膜性能的影响

2．3．7 固化剂对WPU乳液和胶膜性能的影响

2．4 小结

第三章 乙二胺后扩链TDI型水性聚氨酯机理的研究

3．1 前言

3．2 实验部分

3．2．1 实验原料

3．2．2 实验仪器

3．2．3 水性聚氨酯乳液和胶膜的制备

3．2．4 结构表征与性能测试

3．3 结果与讨论

3．3．1 FT-IR测试与结果分析

3．3．2 H2O对EDA后扩链WPU的影响

3．3．3 扩链温度对EDA后扩链WPU的影响

3．3．4 -NCO／-OH摩尔比对EDA后扩链WPU的影响

3．3．5 扩链比对EDA后扩链WPU的影响

3．4 小结

第四章 结论

参考文献

攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况