IPDI型聚氨酯乳液粘度和粒径对固含量的影响及氟化乳胶膜的性能

摘要

水性聚氨酯因为具有环境友好性，无毒无污染，且不易燃烧等优点，在日常生活和许多领域中都得到了广泛的应用。在水性聚氨酯的制备过程中，水替代有机溶剂作为分散剂，因而大大减少了挥发性物质的排放。但也正是因为水的存在，给水性聚氨酯带来了两个问题。首先因为水在体系中的大量存在，相同固含量下水性聚氨酯比溶剂型聚氨酯成膜干燥时间长。第二，为了得到水性聚氨酯乳液，必须引入亲水基团。但是亲水基团的引入，使其所形成的膜具有较高的表面自由能，在提高亲水性的同时却降低了膜的耐水性和耐油性能。
　　 提高水性聚氨酯的固含量以减少体系的含水量是增加乳液成膜干燥速度的最直接有效的方法之一。本文以异氟尔酮二异氰酸酯(IPDI)、聚四氢呋喃醚二醇(PTMG)、聚己内酯二醇(PCLD)、2，2-二羟甲基丙酸(DMPA)以及1,4-丁二醇(BDO)等为主要原料，经自乳化法分别合成出IPDI型阴离子水性聚氨酯PTMG-PU、PCLD-PU。Fourier变换红外光谱测试证实了二者结构上面的差别。通过系统研究合成制备工艺过程中多种因素对乳液粘度及胶粒粒径的影响，发现当控制合成过程中中和度为90-100％、[NCO]/[OH]比为1.13-1.20、DMPA含量为2.5-9.0％以及乳化时叶片转速为1500-2000 r/min、加水速度为100-200 ml/min(体系总体积200ml)时，可制得乳液粘度和胶粒粒径适中并且固含量可达40％以上非常稳定的IPDI型聚氨酯乳液。
　　 含氟聚氨酯材料作为一类新型的高分子功能材料，由于含氟基团的引入，可以使聚合物同时具有低表面能，优异的化学稳定性和耐水耐油性，很好的弥补了原有聚氨酯材料在这些方面的不足。为了提高IPDI型水性聚氨酯乳胶膜的表面性能，本文又以二乙醇胺与丙烯酸十二氟庚酯为原料合成出一种新的含氟二元醇3-(N，N-二羟乙基)丙酸十二氟庚酯(DEFA)。以IPDI、PTMG、DMPA以及BDO等为主要原料，并将DEFA作为扩链剂，经自乳化法合成制备出了含氟长支链聚氨酯IPDI-DEFA-PU乳液。1H NMR和Fourier变换红外光谱测试分析分别证实了DEFA和IPDI-DEFA-PU的结构。实验发现随着氟的含量从0增加到15.1％，山于氟的影响，IPDI-DEFA-PU乳胶粒子粒径从102 nm增加到260 nm，且氟化乳胶膜表面张力下降的非常明显，由42.9 mN/m下降到16.5 mN/m，此外膜与水的接触角由71°上升到104°，而在水和环己烷中的溶胀度则分别由15.8％减小到1.1％和由28.8％减小到3.4％，氟化乳胶膜的耐水性、耐有机溶剂性也都得到了提高，且伴随着拉伸强度由9 MPa增加到15 MPa，断裂伸长率则从520％降低到了280％。同时本文还比较了普通聚氨酯与合成的含氟长支链聚氨酯的热稳定性，发现本文合成的IPDI-DEFA-PU的热稳定性要高于普通型聚氨酯。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1引言

1.2水性涂料

1.3水性聚氨酯简介

1.3.1水性聚氨酯的发展

1.3.2水性聚氨酯合成工艺

1.4水性聚氨酯乳液的固含量

1.4.1高固含量水性聚氨酯概述

1.4.2高固含量水性聚氨酯合成面临的问题

1.4.3高固含量水性聚氨酯乳液的合成进展

1.5 IPDI型水性聚氨酯表面性能的改善

1.5.1氟改性水性聚氨酯概述

1.5.2氟改性水性聚氨酯进展

1.5.3氟改性聚氨酯不同方法的比较

1.6本文研究主要内容及目标

1.6.1研究背景

1.6.2研究内容

第二章 粘度和粒径对提高IPDI型聚氨酯乳液固含量的影响

2.1背景及方案设计

2.2实验部分

2.2.1主要实验试剂及精制

2.2.2主要官能团分析测试方法

2.2.3水性PU合成步骤

2.2.4测试仪器及方法

2.3结果与讨论

2.3.1 Fourier变换红外光谱分析

2.3.2固含量对乳液粘度的影响

2.3.3乳化工艺对乳液粘度和粒径的影响

2.3.4中和度对乳液形成的影响

2.3.5 DMPA含量对乳液形成的影响

2.3.6低聚物二元醇及分子量对乳液形成的影响

2.3.7[NCO]/[OH]比对乳液形成的影响

2.3.8改变加料顺序对乳液形成的影响

2.3.9固含量的提高对成膜速度的改善

2.4本章小结

第三章 氟表面改性IPDI型水性聚氨酯的合成与其成膜性能

3.1背景及方案设计

3.2实验部分

3.2.1主要实验试剂与精制

3.2.2具体实验操作步骤

3.2.3样品的制备、测试仪器与表征

3.3结果与讨论

3.3.1 DEFA的结构分析

3.3.2含氟聚氨酯IPDI-DEFA-PU的Fourier变换红外光谱分析

3.3.3分子链中氟含量对IPDI-DEFA-PU乳液粒径的影响

3.3.4 IPDI-DEFA-PU乳胶膜的表面张力

3.3.5 IPDI-DEFA-PU乳胶膜的水接触角

3.3.6 IPDI-DEFA-PU乳胶膜的耐水与耐有机溶剂性能

3.3.7 IPDI-DEFA-PU乳胶膜的热稳定性

3.3.8 IPDI-DEFA-PU乳胶膜的抗张强度与断裂伸长率

3.4本章小结

结 论

参考文献

攻读硕士期间发表的文章

致谢