磺酸型水性聚氨酯的合成与性能研究

摘要

水性聚氨酯以水作为分散剂，不仅拥有聚氨酯原有的性能，还能满足人们的环保要求，所以水性聚氨酯的研究越来越受到重视。本论文首先研究了磺酸型水性聚氨酯的合成与改性，然后合成了一类新型扩链剂。
　　 (1)以甲苯二异氰酸酯(TDI)、聚醚二元醇(N210)及乙二胺基磺酸钠(A95)等为主要原料，采用预聚体法合成了一系列磺酸型水性聚氨酯乳液。着重研究了各阶段反应温度、A95含量及其加入方式、R值对聚氨酯乳液的外观、粒径、粘度、稳定性及胶膜的力学性能、耐水性、耐热性等的影响。结果表明:预聚温度控制在68～70℃，饥饿式滴加A95，并控制温度为10℃左右，A95含量为5％，R值为1.4时，可以制得综合性能优异的磺酸型水性聚氨酯。
　　 (2)采用丙烯酸丁酯(BA)和甲基丙烯酸甲酯(MMA)作为复合单体进行改性，制得核壳型PUA复合乳液。研究了聚合温度、引发剂及其用量对改性后乳液的影响，并且将未改性的乳液与改性的乳液进行了综合比较。实验结果表明:当聚合温度为80～85℃，AIBN含量为0.8％，单体(MMA/BA)的质量比为3∶3，PA含量为40％时，可以制得综合性能优异的PUA复合乳液。
　　 (3)设计了一种带有二硫代酯的二羟基扩链剂。通过三羟甲基乙烷缩丙酮后，残留的一个羟基与α-羧基二硫代苯甲酸丙酯缩合，然后解保护来合成带有RAFT链转移剂基团的扩链剂。或通过季戊四醇与苯甲醛的缩合反应，经保护和脱保护，来合成有RAFT链转移剂基团的扩链剂。实验结果表明，中间产物在可见光作用下分解，其原因有待进一步研究。

目录

声明

摘要

致谢

第一章 绪论

1．1 概述

1．2 水性聚氨酯的制备方法

1．3 水性聚氨酯的组成及性能影响因素

1．3．1 硬段对性能的影响

1．3．2 软段对性能的影响

1．4 水性聚氨酯的应用

1．4．1 皮革涂饰剂

1．4．2 纤维涂饰剂

1．4．3 涂料业

1．4．4 粘合剂

1．4．5 纺织业

1．5 磺酸型水性聚氨酯的研究进展

1．5．1 磺酸型水性聚氨酯的优势

1．5．2 磺酸型水性聚氨酯的分类及制备研究

1．6 可逆加成—断裂链转移活性自由基聚合(RAFT)

1．6．1 RAFT聚合的机理

1．6．2 RAFT聚合的优缺点

1．6．3 RAFT聚合的应用情景

1．7 本课题的研究内容和研究意义

1．7．1 研究内容

1．7．2 研究意义

第二章 磺酸型水性聚氨酯的合成与性能研究

2．1 引言

2．2 实验试剂

2．3 实验仪器及设备

2．4 合成路线

2．5 实验步骤

2．5．1 实验试剂的精制

2．5．2 预聚体中NCO含量的测定

2．5．3 乳液的合成

2．5．4 胶膜的制备

2．6 性能测试

2．6．1 红外光谱(FT-IR)测试

2．6．2 稳定性的测定

2．6．3 乳液粒径分析

2．6．4 乳液粘度测定

2．6．5 透射电镜分析

2．6．6 胶膜力学性能测定

2．6．7 耐水性测定

2．6．8 热重分析

2．7 结果与讨论

2．7．1 各个阶段反应温度选择

2．7．2 各个阶段反应时间的选择

2．7．3 红外谱图分析

2．7．4 R值对磺酸型WPU乳液及胶膜性能的影响

2．7．5 A95含量对磺酸型WPU乳液及胶膜性能的影响

2．7．6 扩链时间对磺酸型WPU乳液及胶膜性能的影响

2．7．7 A95加入方式对磺酸型WPU乳液外观的影响

2．8 本章小结

第三章 丙烯酸酯改性磺酸型水性聚氨酯的合成与研究

3．1 前言

3．2 实验试剂

3．3 实验仪器及设备

3．4 实验原理

3．5 实验步骤

3．5．1 实验试剂的精制

3．5．2 预聚体中NCO含量的测定

3．5．3 乳液的合成

3．5．4 胶膜的制备

3．6 性能测试

3．6．1 固含量的测定

3．6．2 乳液单体的转化率测定

3．6．3 其他性能测定

3．7 结果与讨论

3．7．1 PU、PA、PUA的红外谱图

3．7．2 不同引发剂对实验的影响

3．7．3 引发剂含量对乳液性能的影响

3．7．4 聚合温度对乳液性能的影响

3．7．5 WPU、PA、PU／PA及PUA乳液的粒子形态

3．7．6 WPU、PA、PU／PA及PUA乳液性能的比较

3．7．8 PA含量对乳液及胶膜性能的影响

3．7．9 MMA／BA配比对乳液及胶膜性能的影响

3．7．10 胶膜的热失重分析

3．8 本章小结

第四章 新型聚氨酯扩链剂的制备

4．1 引言

4．2 实验试剂

4．3 实验仪器及设备

4．4 合成路线

4．5 实验步骤

4．5．1 实验试剂的精制

4．5．2 α-羧基二硫代苯甲酸丙酯(CPDB)的合成

4．5．3 三羟甲基乙烷缩丙酮的制备

4．5．4 二硫代酯的二羟基扩链剂的制备

4．5．5 季戊四醇单缩苯甲醛扩链剂的制备

4．6 测试与表征

4．6．1 红外光谱(FT-IR)测试

4．6．2 核磁共振(NMR)测试

4．7 结果与讨论

4．7．1 α-羧基二硫代苯甲酸丙酯(CPDB)的核磁氢谱图分析

4．7．2 α-羧基二硫代苯甲酸丙酯(CPDB)的红外谱图分析

4．7．3 三羟甲基乙烷缩丙酮的核磁氢谱图分析

4．7．4 三羟甲基乙烷缩丙酮的红外谱图分析

4．7．5 二硫代酯的二羟基扩链剂的合成及影响因素

4．7．6 季戊四醇缩苯甲醛的核磁氢谱图分析

4．8 本章小结

第五章 结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文