聚氨酯环境友好型水性聚氨酯—脲分散液制备和性能

摘要：环境友好型材料的研发已成为当今材料界进展的焦点之一。水性聚氨酯（WPU）因其具有良好的运用和环境友好特性，已成为国家重点进展的精细化学品。选择不同类型的原料，制约聚氨酯大分子结构，可合成满足不同性能需求的WPU。本论文拟选用不同分子量的脂肪族聚酯、胺类扩链剂，再辅以异氰酸酯和磺酸型扩链剂，合成水性聚氨酯-脲分散液，探讨其工艺，表征其性能。采取预聚体法，首先由聚己二酸丁二醇酯二醇（PBA）与异佛尔酮二异氰酸酯（IPDI）合成预聚体，丙酮降粘后由乙二胺基乙磺酸钠（AAS盐）先扩链，再由二胺类化合物进一步扩链，最后在水中分散，脱溶剂，得到水性聚氨酯-脲分散液。在IPDI、AAS盐、乙二胺选定下，实验首先考察了PBA分子量不同时水性聚氨酯-脲分散液合成工艺、分散液特性和胶膜特性。结果发现：（1）由PBA1000、PBA2000合成预聚体时，系统粘度低，降粘所需丙酮量少，但所合成的分散液与胶膜的性能均不及PBA3000，体现在分散液稳定性差、成膜性不佳。（2）由PBA3000合成分散液，分步扩链时间制约在30min左右，当水性聚氨酯-脲分子中-SO_3Na含量在1.1wt%～1.7wt%时，均能得到稳定的分散液。随-SO_3Na含量的增加，分散液由乳白色不透明渐变为淡蓝色半透明，直至土透明，分散液均具有很好的高温稳定性，但冻融稳定性则反之；胶膜的拉伸强度、硬度、吸水率随-SO_3Na含量的增加而增加，断裂伸长率则反之；当在-SO_3Na含量为1.3wt%时，胶膜拉伸强度达17MPa，断裂伸长率达584%，硬度（邵氏A）达90。（3）水性聚氨酯-脲分子中-SO_3Na基团含量在1.3wt%、1.7wt%时，分散液乳胶粒子呈球形或棒状，粒子中有着显著的结晶区和非结晶区（4）水性聚氨酯-脲分散液胶膜具有很好的耐热性，起始热分解温度高于300℃。在上面陈述的实验的基础上，由低分子量端氨基聚醚（D230）替代乙二胺（EDA），进行分散液的再扩链，合成水性聚氨酯-脲分散液。结果发现：（1）当IPDI与PBA的物质的量比（R值）位于2.0时，分散液稳定且具有很好的成膜性，且胶膜的拉伸强度与-SO_3Na含量成正比，而断裂伸长率则反之。当在-SO_3Na含量为1.5wt%时，胶膜拉伸强度达12MPa、断裂伸长率达302%。（2）分散液乳胶粒子粒径在50nm左右，粒子间界面比较清晰。（3）分散液胶膜具有很好的耐热性，起始热分解温度高于357℃。关键词：水性聚氨酯-脲分散液论文胺扩链剂论文工艺论文性能论文

摘要2-4

ABSTRACT4-8

第1章 绪论8-22

1.1 水性涂料8

1.2 水性聚氨酯8-14

1.2.1 水性聚氨酯的进展8-10

1.2.2 水性聚氨酯的分类10-11

1.2.3 水性聚氨酯的性能特点11

1.2.4 水性聚氨酯的乳化策略11

1.2.5 水性聚氨酯的制备工艺11-14

1.3 水性聚氨酯的原料14-16

1.3.1 多元醇14

1.3.2 异氰酸酯14-15

1.3.3 扩链剂15

1.3.4 溶剂和水15-16

1.4 磺酸盐基团（-SO_3Na）的引入方式16-20

1.4.1 链端引入-SO_3Na 基团16-17

1.4.2 链上引入-SO_3Na 基团17-20

1.5 本课题的探讨目的及作用20-22

第2章 实验22-30

2.1 实验条件22-23

2.2 水性聚氨酯-脲分散液的合成原理23-24

2.3 水性聚氨酯-脲分散液的制备24-26

2.3.1 聚酯脱水24

2.3.2 水性聚氨酯-脲分散液及其胶膜的制备24-26

2.4 浅析与表征26-30

2.4.1 分散液性能表征26-28

2.4.2 水性聚氨酯-脲胶膜性能检测28-30

第3章 乙二胺扩链水性聚氨酯-脲分散液30-50

3.1 聚酯规格的优选30-31

3.2 扩链与分散工艺的确定31-33

3.2.1 扩链工艺的确定31-32

3.2.2 分散工艺的确定32-33

3.3 磺酸型水性聚氨酯-脲分散液的合成33-49

3.3.1 R 值对分散液特性的影响33-34

3.3.2 -SO_3Na 基团含量对分散液特性的影响34-35

3.3.3 分散液电导率35-37

3.3.4 分散液稳定性37-38

3.3.5 分散液的微观特性38-41

3.3.6 水性聚氨酯-脲胶膜性能41-49

3.4 本章结论49-50

第4章 低分子量端氨基聚醚胺扩链水性聚氨酯-脲分散液50-60

4.1 分散液及其胶膜试样50

4.2 分散液与其胶膜的特性50-59

4.2.1 R 值对分散液特性的影响50-51

4.2.2-SO_3Na 含量对分散液特性的影响51

4.2.3 分散液电导率51-52

4.2.4 分散液的微观特性52-54

4.2.5 -SO_3Na 含量对分散液胶膜力学性能的影响54-55

4.2.6 分散液胶膜硬度55

4.2.7 分散液胶膜吸水率55-56

4.2.8 胶膜的红外光谱56-57

4.2.9 胶膜的热性能57-58

4.2.10 胶膜的 X 衍射浅析58-59

4.3 本章结论59-60

第5章 结论60-62

5.1 革新点60

5.2 结论60-62