【碩士】IPDI型水性聚氨酯的固含提高和表面能降低

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　　【碩士】IPDI型水性聚氨酯的固含提高和表面能降低　　授予學(xué)位：碩士　　學(xué)位授予單位：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)　　學(xué)位年度：2010　　水性聚氨酯因為具有環(huán)境友好性，無毒無污染，并且不易燃等優(yōu)點，在許多領(lǐng)域和日常生活中得到了廣泛的應(yīng)用。在水性聚氨酯的制備過程中，水替代有機溶劑作為分散劑，因而大大減少了揮發(fā)性物質(zhì)的排放。但也正是因為水的存在，給水性聚氨酯帶來了兩個先天性的問題。　　首先因為水在體系中的大量存在，相同固含量下水性聚氨酯中的水比溶劑型聚氨醋的溶劑揮發(fā)慢，干燥時間長。對于快節(jié)奏的現(xiàn)代生產(chǎn)線的生產(chǎn)要求，這是一個缺憾。為解決此問題，提高水性聚氨酯乳液的固含量是一個有效途徑。固含提高不僅會減少成膜和干燥的時間，使得水性聚氨酯乳液的應(yīng)用更有效率，還可以降低單位能耗，有助于提高運輸效率，降低運輸成本。因此，高固含量的水性聚氨酯的產(chǎn)品是水性聚氨酯乳液的發(fā)展方向之一。但是，在之前的研究中，水性聚氨酯乳液的固含量一般在20%-35%的范圍內(nèi)，并且很少有文獻公開報導(dǎo)高固含水性聚氨酯乳液的合成。　　第二，為了得到水性聚氨酯乳液，必須引入親水基團。但是親水基團的引入，使其所形成的膜具有較高的表面自由能,在提高親水性的同時降低了膜的耐水性和拒油性能?！　? 本文以異氟爾酮二異氰酸酯（IPDI）、聚四氫呋喃醚二醇（PTMG）、聚己內(nèi)酯二醇（PCLD）、2,2−二羥甲基丙酸（DMPA）以及1,4−丁二醇（BDO）等為主要原料，經(jīng)自乳化法分別合成出IPDI 型陰離子水性聚氨酯PTMG-PU、PCLD-PU。　　 Fourier 變換紅外光譜測試證實了二者結(jié)構(gòu)上的差別。通過系統(tǒng)研究合成制備工藝過程中多種因素對乳液粘度及膠粒粒徑的影響，發(fā)現(xiàn)當(dāng)控制合成過程中中和度為90-100%、[NCO]/[OH]比為1.13-1.20、DMPA 含量為2.5-9.0%以及乳化時葉片轉(zhuǎn)速為1500-2000r/min、加水速度為100-200 ml/min（體系總體積200ml）時，可制得乳液粘度和膠粒粒徑適中且固含量可達40%以上穩(wěn)定的IPDI 型聚氨酯乳液?！　? 為了提高水性聚氨酯乳膠膜的表面性能，又以二乙醇胺與丙烯酸十二氟庚酯為原料合成出一種新的含氟二元醇3-(N, N-二羥乙基)丙酸十二氟庚酯 (DEFA)。以IPDI、PTMG、DMPA以及BDO等為主要原料，并將DEFA作為擴鏈劑，經(jīng)自乳化法合成制備出含氟長支鏈聚氨酯IPDI-DEFA-PU乳液。1H NMR和Fourier變換外光譜測試分析分別證實了DEFA和IPDI-DEFA-PU的結(jié)構(gòu)。實驗發(fā)現(xiàn)隨著氟含量從0增加到15.1%，IPDI-DEFA-PU乳膠粒子粒徑從102 nm增加到260 nm，乳膠膜表面張力由42.9 mN/m下降到16.5 mN/m，與水的接觸角由71°上升到104°，在水和環(huán)己烷中的溶脹度則分別由15.8 %減小到1.1 %和28.8 %減小到3.4 %，膜的耐水性、耐有機溶劑性以及熱穩(wěn)定性都得到提高；伴隨拉伸強度由9 MPa增加到15 MPa，斷裂伸長率則從520 %降低到280%。　　

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