聚碳酸酯二醇型水性聚氨酯的合成及性能研究

【摘要】随着环保法规的实施，各国对挥发性有机物及有毒物的限制越来越严格，对合成聚氨酯材料的发展突出表现为环保和高性能化。水性聚氨酯（WPU）具有环保、低VOC排放量等特点，近几十年来得到了迅速的发展，但是WPU本身耐水性、耐高温性能及热稳定性能不佳，这使其应用与发展受到了限制。因此研发具有良好耐水性、耐高温稳定性能的新型WPU材料具有重大的意义和发展前景。论文以聚碳酸酯二醇（PCDL）、四氢呋喃醚二醇（PTMG）和异佛尔酮二异氰酸酯（IPDI）、六亚甲基二异氰酸酯(HDI)为基本原料，二羟甲基丙酸（DMPA）作为亲水扩链剂，1,4-丁二醇(BDO)作为小分子扩链剂，氨丙基三甲氧基硅氧烷偶联剂(KH-551)作为封端剂，三乙胺作为中和剂，采用预聚体分散法分别合成了-NCO封端的WPU及硅烷偶联剂封端的WPU，并通过傅里叶红外光谱（FT-IR）、热重分析（TGA）、差示扫描量热法（DSC）对WPU胶膜的分子结构和热性能进行了表征，还对WPU乳液的稳定性、外观及粘度，胶膜的耐水、耐乙醇性、力学性能和粘接强度进行了研究。主要工作及研究分为四个方面：（1）分别以PCDL与PTMG作为软段合成了-NCO封端的WPU，并比较了不同软段类型WPU的乳液及胶膜性能。结果表明：PCDL型水性聚氨酯综合性能要优于PTMG型水性聚氨酯，具有更好的耐水、耐乙醇性，更高的热稳定性及力学性能。（2）以HDI/IPDI复配作为硬段，PCDL为软段，合成了一系列-NCO封端的WPU，分析了HDI/IPDI复配比对PCDL型WPU乳液及胶膜性能的影响。结果表明：随着HDI/IPDI复配比的增加，乳液透明度降低，粘度增大；胶膜的拉伸强度及拉伸剪切强度先增大后减小，而断裂伸长率、耐水、耐乙醇性、热稳定性及相容性均得到了改善。（3）硅氧烷偶联剂KH-551作为封端剂，制备出以硅氧烷偶联剂封端的PCDL型WPU，考察了KH-551用量对PCDL型WPU乳液及胶膜性能的影响。结果表明：随着KH-551用量的增加，WPU乳液的稳定性和外观变化不大，而其粘度及WPU胶膜的拉伸强度、拉伸剪切强度均呈先增大后减小的趋势，胶膜的断裂伸长率降低，初始分解温度升高，吸水、吸溶剂率是先减小后增大的，较佳的KH-551用量为2%。（4）将聚硅氧烷引入WPU中，合成了聚硅氧烷-聚碳酸酯二醇-水性聚氨酯三元复合乳液，讨论了聚硅氧烷的种类及添加量对WPU乳液和胶膜性能的影响，利用红外光谱和扫描电镜（SEM）对水性聚氨酯胶膜的结构和形貌进行表征；通过热重分析（TGA）表征了材料的热性能，对胶膜的力学性能、耐水、耐溶剂性能进行了测试。研究结果表明：加入PDMS后，WPU软、硬链段的相容性不好，存在着微相分离，拉伸强度降低，但胶膜的热稳定性和耐水性均有所提高，断裂伸长率和拉伸剪切强度随着PDMS含量的增加，出现先增大后减小；其次，PDMS-NH2的加入明显改善了胶膜的耐乙醇性，而PDMS-OH的加入，却使胶膜的耐乙醇性变差了。综合PDMS-NH2与PDMS-OH对WPU的改性效果比较分析，PDMS-NH2可改善WPU综合性能。
【作者】李梦华；
【导师】吴晓青；
【作者基本信息】中北大学，无机化学，2014，硕士
【关键词】水性聚氨酯；聚碳酸酯二醇；HDI/IPDI；硅氧烷偶联剂；聚硅氧烷；

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