含有位阻型烷氧基硅烷的常温自交联水基聚氨酯分散体的合成

摘要

水基聚氨酯以水取代传统溶剂作为分散介质,使用时具有不燃、气味小、无毒、无污染、节能、价廉、操作方便等优点,而且在性能上仍具有一般溶剂型聚氨酯所具有的高光泽、高耐磨性、高弹性、高粘结性、耐水、耐候、耐化学药品和对各种基材的良好附着性能,从而在很大的程度上取代了溶剂型聚氨酯,是一种极具潜力的“绿色材料”。水基聚氨酯代替溶剂型的聚氨酯将是聚氨酯工业发展的最终方向。
　　采用自乳化工艺合成的水基聚氨酯分散体,具有优异的稳定性和杰出的成膜性能,但自乳化工艺在聚氨酯分子结构中引入了亲水基团,分散体成膜后其亲水基团保留在膜材料中,使得水基聚氨酯膜材料在水的侵蚀下,可能出现溶胀而失去材料的机械性能;作为涂层材料使用时,耐湿擦性能不足,涂层长期在水的作用下发白、起泡、剥离。因此,提高水基聚氨酯材料的耐水性,一直是水基聚氨酯研究的核心。水基聚氨酯涂膜耐水性、耐溶剂性等性能偏差,限制了其应用范围,需对其进行改性。近年来对水基聚氨酯的改性研究已成为一大热点,其中交联改性就是其多种改性手段中的一种。交联改性是以化学键的形式将线型(热塑性)的聚氨酯大分子链接在一起,形成具有网状结构(热固性)的聚氨酯树脂,具有优异的耐水、耐溶剂及力学性能。然而水基聚氨酯分散体的常温交联一直是水基聚氨酯工作者所追求的技术。本论报道了一种全新的常温自交联水基聚氨酯分散体的合成,在羧酸型水基聚氨酯分散体分子结构中引入位阻型烷氧基硅烷基团。我们在总结前人工作的基础上合成了三种常温可交联的单组分包装的水基聚氨酯。
　　1.APPS改性的水基聚氨酯合成
　　利用异戊醇和γ-氨丙基三乙氧基硅烷(APES)反应,制备γ-氨丙基三异戊氧基硅烷(APPS)物质,然后把APPS引入水基聚氨酯中。
　　2. APHS改性的水基聚氨酯
　　利用苯甲醇和γ-氨丙基三乙氧基硅烷(APES)反应,制备γ-氨丙基三甲苯氧基硅烷(APHS)物质,然后把APHS引入水基聚氨酯中。
　　3. APES改性的水基聚氨酯
　　把APES引入水基聚氨酯中,制备常温自交联水基聚氨酯分散体。
　　本论文合成了多个位阻型烷氧基硅烷引入聚氨酯结构。通过1HP-1490气相色谱对位阻型烷氧基硅烷的产率进行计算,通过核磁对合成位阻型烷氧基硅烷APPS,APHS的结构进行表征。研究了位阻型烷氧基硅烷中不同的水解基团对所得乳液稳定性、粒径、膜的耐水耐、耐溶剂性、机械力学等性能的影响,及乳液的pH值不同时对水解基团稳定性的影响。
　　总之,在水基聚氨酯分散体结构中引入位阻型烷氧基硅烷,在分散体中性储存条件下,位阻型烷氧基硅烷基团有十分优良的耐水解稳定性,位阻基团越大烷氧基硅烷稳定性越高。在水基聚氨酯分散体成膜过程中,由于分散体中和剂有机胺的挥发,分散体体系逐步酸化,在酸的催化下位阻型烷氧基硅烷水解而后缩合形成交联。本研究工作目前还处于初步阶段,但现有研究证据已表明在羧酸型水基聚氨酯分散体中引入位阻型烷氧基硅烷可以获得单组分常温自交联水基聚氨酯分散体。

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第一章 绪 论

1.1 引 言

1.2 水基聚氨酯的发展和应用

1.3 水基聚氨酯的特点

1.4 水基聚氨酯的结构、性能及影响因素[13]

1.5 水基聚氨酯的制备

1.6 交联型水基聚氨酯的性能[18-21]

1.7 本文的指导思想与主要内容

第二章 含有位阻型烷氧基硅烷的常温自交联水基聚氨酯分子结构设计及表征方法

2.1引 言

2.2 硅氧交联化学反应原理

2.3含有位阻型烷氧基硅烷的常温自交联水基聚氨酯分子设计

2.4 测试与表征方法[50]

2.5 结果分析

2.6 本章小结

第三章 含有位阻型烷氧基硅烷的常温自交联水基聚氨酯合成与乳胶粒子结构研究

3.1引 言

3.2 含有位阻型烷氧基硅烷的常温自交联水基聚氨酯的合成

3.3 聚氨酯预聚体表征

3.4 位阻烷氧基硅烷的水解速度测定

3.5 乳胶粒大小及分布

3.6不同的位阻烷氧基硅烷及中和度对乳液稳定性的影响

3.7 本章小结

第四章 含有位阻型烷氧基硅烷的常温自交联水基聚氨酯膜材料结构及性能研究

4.1引 言

4.2成膜过程与机理简介

4.3含有位阻烷氧基硅烷水基聚氨酯的成膜机理

4.4 实验

4.5 结果与讨论

4.6改性后的膜耐热性能研究

4.7本章小结

第五章 论文结论

参考文献

附 录

致谢