端羟丙基含氟聚硅氧烷改性水性聚氨酯制备与涂层应用

【摘要】水性聚氨酯是以水为分散介质，具有溶剂型聚氨酯一样的机械性能、耐磨性、耐溶剂性和低温柔顺性，同时具有安全环保、相容性好和使用方便等特点。但是水性聚氨酯制备过程中由于引入亲水基团，拒水性能不佳，应用推广受到限制。聚硅氧烷具有优异的灵活性和疏水性，将其引入到水性聚氨酯中，是提高水性聚氨酯耐水性能的有效方法。为了进一步提高水性聚氨酯的耐水性能，把含氟基团引入聚硅氧烷链段，合成的长链含氟聚硅氧烷兼具聚硅氧烷和有机氟化合物的优点，在水性聚氨酯乳液中引入憎水性的含氟聚硅氧烷链段，极大地提高了其耐水性。鉴于此，本课题合成了一种端羟丙基含氟聚硅氧烷，并以此作为改性剂改性水性聚氨酯，制备含氟聚硅氧烷改性水性聚氨酯乳液，并将其应用于涤纶织物的拒水涂层整理。具体内容分如下四部分。第一部分：端氢含氟聚硅氧烷的合成与表征。以八甲基环四硅氧烷（D4）、甲基三氟丙基环三硅氧烷（D3F）和四甲基二硅氧烷（HMM）为原料，通过阳离子开环聚合合成了端氢含氟聚硅氧烷。探讨了催化剂（浓H2SO4）用量、反应温度、反应时间对产率的影响，优化了合成工艺条件，并对产物进行了傅里叶红外（FTIR）、核磁（1H-NMR）以及凝胶渗透色谱（GPC）表征。结果表明，端氢含氟聚硅氧烷合成优化工艺条件为：催化剂用量2%、反应温度50℃、反应时间4.5h；傅里叶红外（FTIR）、核磁（1H-NMR）分析结果表明产物结构为端氢含氟聚硅氧烷；凝胶渗透色谱（GPC）分析结果表明合成了分子量可控、分布窄的聚合物。第二部分：端羟丙基含氟聚硅氧烷的合成与表征。以端氢含氟聚硅氧烷和烯丙基醇为原料，在氯铂酸为催化剂的条件下，经硅氢加成合成了端羟丙基含氟聚硅氧烷。研究了副反应抑制剂、催化剂用量、反应温度、反应时间对硅氢加成双键转化率的影响，优化了合成工艺条件，对产物结构进行了傅里叶红外（FTIR）、核磁（1H-NMR）以及凝胶渗透色谱（GPC）表征，并测定了羟值。结果表明，副反应抑制剂能有效地抑制硅氢加成反应的副反应；端羟丙基含氟聚硅氧烷的合成优化工艺条件为：副反应抑制剂用量0.2%，催化剂用量60ppm，反应温度75℃，反应时间4h；傅里叶红外（FTIR）、核磁（1H-NMR）分析结果表明产物结构为端羟丙基含氟聚硅氧烷；反应产物端羟丙基含氟聚硅氧烷的实测分子量与理论值相符，其实测羟值也与理论羟值接近。第三部分：端羟丙基含氟聚硅氧烷改性水性聚氨酯的制备与性能。以聚醚N210和异佛尔酮二异氰酸酯（IPDI）为原料，以端羟丙基含氟聚硅氧烷为改性剂，以二羟甲基丙酸(DMPA)为亲水单体，以三羟甲基丙烷(TMP)为扩链单体，合成了端羟丙基含氟聚硅氧烷改性水性聚氨酯。探讨了DMPA用量、改性剂分子量及用量对乳液及其胶膜性能的影响，并对改性聚氨酯的分子结构进行傅里叶红外（FTIR）表征。结果表明：随着DMPA用量增加，乳液稳定性变好，粒径变小，胶膜吸水率增加，疏水性变差，拉伸强度增加，断裂伸长率降低；随着改性剂分子量和用量增加，乳液稳定性变差，粒径变大，胶膜吸水率降低，疏水性变好，拉伸强度先增大后减小，断裂伸长率增加；当DMPA用量为5%，含氟聚硅氧烷分子量为1712、用量为6%时，乳液稳定，粒径为45nm，胶膜水接触角为106.8°，吸水率为28.1%，拉伸强度为8.43Mpa，断裂伸长率为739.58%；傅里叶红外（FTIR）分析结果表明产物结构为端羟丙基含氟聚硅氧烷改性水性聚氨酯。第四部分：端羟丙基含氟聚硅氧烷改性水性聚氨酯的应用。将自制的端羟丙基含氟聚硅氧烷改性水性聚氨酯乳液用于涤纶织物的涂层整理。研究了焙烘温度、焙烘时间对织物水接触角和撕破强力的影响，优化了涂层工艺条件，测试了涂层织物性能，并与未改性聚氨酯涂层织物以及聚硅氧烷改性聚氨酯涂层织物进行性能对比。结果表明，端羟丙基含氟聚硅氧烷改性水性聚氨酯涂层整理工艺条件为：在90℃预烘5min的前提下，焙烘温度150℃，焙烘时间90s，此时涂层织物的水接触角达到138.2°，静水压为644mm；相对于未改性水性聚氨酯以及聚硅氧烷改性水性聚氨酯，端羟丙基含氟聚硅氧烷改性水性聚氨酯涂层织物拒水性得到了明显改善。
【作者】洪国沈；
【导师】吴明华；
【作者基本信息】浙江理工大学，纺织化学与染整工程，2014，硕士
【关键词】阳离子开环聚合；硅氢加成；端羟丙基含氟聚硅氧烷；水性聚氨酯；改性；织物涂层；

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