疏水型水性聚氨酯的制备及应用研究

摘要

由于溶剂型聚氨酯（PU）的使用会产生严重的溶剂污染，故环保型PU，（尤其是水性聚氨酯，WPU）的研发逐渐成为该领域的主要研究方向之一。但是WPU在合成时引入了羧酸盐，导致其耐水性变差，使用性能有所下降。限制了WPU的使用。论文针对合成革表面处理的要求，采用分步聚合法，合成了适宜于合成革表面处理的含硅 WPU，研究了不同类型含硅 WPU的结构与性能。主要研究内容和结果如下：　　以3-异氰酸酯基亚甲基-3,5,5-三甲基环己基异氰酸酯（IPDI）、聚氧化丙烯二醇（PPG2000）为主要原料、二羟甲基丙酸（DMPA）为亲水扩链剂、1,4-丁二醇（BDO）为小分子扩链剂和三羟甲基丙烷（TMP）为交联剂，采用分步聚合法制备了聚醚型 WPU（PE-WPU），并对其结构和性能进行了研究。实验结果表明：当R值（异氰酸酯指数）为1.7，亲水基含量为5%，交联剂用量为0.72%时，可以得到稳定透明的PE-WPU乳液。傅立叶变换红外光谱（FTIR）分析表明异氰酸酯（NCO）基团基本反应完全。热失重（TGA）分析表明PE-WPU膜在241.3℃左右开始分解，到434℃时基本分解完全。X射线衍射（XRD）分析表明，PE-WPU膜在2θ=18.5出现结晶峰。原子力显微镜（AFM）分析表明，PE-WPU膜有轻微的相分离。　　以 IPDI、PPG2000、TMP、DMPA、BDO 和大分子端羟基硅油（HPDMS9950）为主要原料，采用分步聚合法制备了嵌段型含硅 PE-WPU （Si-PE-WPU-1），并研究了其结构和性能的关系。实验结果表明：随着HPDMS9950用量的增加，Si-PE-WPU-1乳液的粒径依次增加，稳定性逐渐降低，Si-PE-WPU-1膜的抗张强度和及断裂伸长率降低，硬度增加，接触角由 63.95。递增到 122.2。，疏水性增强，透明度降低。XRD 表明了随着Si-PE-WPU-1分子中含硅链段的增加，Si-PE-WPU-1膜的结晶度降低。AFM表明Si-PE-WPU-1膜具有一定程度的相分离。　　以 IPDI、PPG2000、TMP、DMPA、BDO 和双尾型羟基硅油（DSE）为主要原料，采用分步聚合法制备了侧链型含硅PE-WPU（Si-PE-WPU-2），并研究了其结构和性能的关系。实验结果表明：随着 DSE 用量的增加，Si-PE-WPU-2乳液粒径逐渐增大，稳定性逐渐降低，Si-PE-WPU-2膜的拉伸强度和断裂伸长率先增加后降低，硬度和疏水性增强。TGA 表明，Si-PE-WPU-2膜在230℃开始快速分解，在371℃达到最大的分解速率，在432℃以后完全分解。XRD表明Si-PE-WPU-2膜的相分离程度十分明显。　　以 IPDI、PPG2000、DMPA、BDO、TMP、DSE 为主要原料，合成了NCO封端的预聚体，再用单羟基聚硅氧烷（PDMS-PC）封端，制备了封端型含硅PE-WPU（Si-PE-WPU-3），研究了其结构和性能的关系。实验结果表明：随着PDMS-PC用量的增加，Si-PE-WPU-3乳液的透明性和稳定性逐渐降低，乳液粒径逐渐增大，Si-PE-WPU-3膜的抗张强度和断裂伸长率逐渐降低，硬度及疏水性依次增强，透明度显著降低。XRD表明疏水的PDMS-PC链段使Si-PE-WPU-3膜的相分离程度增加。　　论文的研究成果为含硅WPU的制备提供了技术数据和理论依据，为合成革的水性表面处理提供了新的技术方案。

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