耐水性水性聚氨酯的合成与性能研究

摘要

水性聚氨酯(WPU)是一种以水作为分散介质的聚氨酯乳液体系,相比于传统的、以有机溶剂作为分散介质的聚氨酯材料,WPU具有绿色无污染、安全可靠的优点,因此具有广阔的发展前景。但是,以水作为分散介质,致使WPU胶膜的耐水性能下降,限制了WPU材料在各领域的应用。因此,明确水性聚氨酯结构与性能的关系,采用切实可行的新工艺、新方法,提高水性聚氨酯的耐水性,有助于拓展水性聚氨酯的应用领域,改善聚氨酯材料生产和应用环境。
　　本文首先用自乳化法制备出IPDI型水性聚氨酯,探究了聚氨酯预聚体合成工艺对WPU的乳液性能及其所制得胶膜的耐水性与力学性能的影响,明确了水性聚氨酯结构及其性能之间的关系。通过预聚体的不同合成工艺研究,发现一步法合成时,制备的聚氨酯预聚体,乳化容易,乳化后可得到性能良好的聚氨酯乳液,同时胶膜的耐水性和力学性能优良。然后通过一步法合成预聚体,研究了软段含量、亲水扩链剂加入量和后扩链剂加入量对乳液和胶膜性能的影响,研究发现,当R1=2.5-3.5,DMBA加入量为3.5％-4.7％,DETA的加入量为100％时,可制得综合性能优异的IPDI型水性聚氨酯。
　　其次,通过在水性聚氨酯的制备过程中加入高分子乳化剂,利用内外协同效应可以制备耐水性较强的水性聚氨酯,探究了不同的内外乳化剂比例以及乳化时间对胶膜耐水性的影响,研究发现当R1值为2.5,内乳化剂添加量为3.6％,外乳化剂的添加量为0.5％,外乳化剂反应时间为10min,DETA的加入量为100％时,可获得耐水性较好的胶膜,此时吸水率为4.1％,具有优于传统内乳化法同等条件下制备的WPU材料的吸水率(为19.2％)。并对最优耐水性配比下的聚氨酯材料的基本性能进行了表征,发现此时胶膜的的力学性能及热性能较传统内乳化型胶膜的性能基本无变化。
　　最后,探究了内外协同乳化法提高WPU耐水性的机理,原因可能有两方面,一是外乳化剂的加入改善了水性聚氨酯的乳液性能,胶粒的粒径降低,成膜时胶粒融合紧密,成膜后空隙较少,水分子难以侵入胶膜内部,使胶膜耐水性提高;二是外乳化剂在胶膜干燥的过程中,会在表面能的驱使下运动到胶膜表面,对表面亲水基团进行包埋,使胶膜表面与小水珠的接触角增大,降低表面张力。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 前言

1．2 水性聚氨酯概述

1．2．1 水性聚氨酯的分类

1．2．2 水性聚氨酯的发展

1．3 水性聚氨酯的制备

1．3．1 异氰酸酯的反应

1．3．2 水性聚氨酯的制备工艺

1．4 水性聚氨酯结构与性能

1．4．1 水性聚氨酯胶膜性能

1．4．2 水性聚氨酯乳液性能

1．5 本论文研究目的及意义

1．5．1 本论文的研究目的和内容

1．5．2 本论文研究的意义

第二章 实验部分

2．1 实验原料与仪器

2．1．1 实验药品及原料

2．1．2 试验仪器与设备

2．2 实验方法与过程

2．2．1 原料预处理

2．2．2 聚氨酯预聚体的的合成

2．2．3 水性聚氨酯乳液内乳化法工艺

2．2．4 水性聚氨酯乳液内外协同乳化工艺

2．2．5 水性聚氨酯胶膜的制备

2．3 分析测试

2．3．1 乳液稳定性测试

2．3．2 乳液固含量测试

2．3．3 乳液粒径测试

2．3．4 胶膜吸水率测试

2．3．5 力学性能测试

2．3．6 接触角与表面张力

2．3．7 透射电镜(TEM)

2．3．8 动态力学热分析(DMTA)

2．3．9 热重分析(TGA)

2．3．10 DSC测试

第三章 结果与讨论

3．1 IPDI型水性聚氨酯的合成与性能

3．1．1 预聚体合成工艺

3．1．2 聚醚多元醇加入量

3．1．3 亲水扩链剂加入量

3．1．4 后扩链剂加入量

3．1．5 本节小结

3．2 耐水性水性聚氨酯的合成与性能

3．2．1 耐水性水性聚氨酯的合成

3．2．2 内外协同乳化法提高水性聚氨酯耐水性的机理研究

3．2．3 耐水性水性聚氨酯的性能

3．2．4 本节小结

第四章 结论部分

参考文献

研究成果及发表的学术论文

致谢

作者及导师简介