【碩士】水性聚氨酯交聯(lián)劑的合成、表征及應用

內容簡介

　　【碩士】水性聚氨酯交聯(lián)劑的合成、表征及應用　　授予學位：碩士　　學位授予單位：山東輕工業(yè)學院　　學位年度：2011　　水性聚氨酯不僅具有溶劑型聚氨酯所具有的高強度、耐磨損等優(yōu)異特性，而且具有使用安全、無毒、操作加工方便、不燃、易儲存及無環(huán)境污染等特點，從而得到廣泛的重視。然而自乳化型水性聚氨酯由于合成條件的限制，聚合物相對分子質量較低，分子側鏈存在較多的親水基團，致使其膠膜的力學性能及耐水性不好，這在一定程度上限制了其應用范圍。近年來，大量研究表明交聯(lián)改性是提高水性聚氨酯涂膜性能最直接、最有效的方法之一。將酮羰基引入水性聚氨酯分子鏈段中，利用酮羰基的反應活性（如酮肼反應）制備成膜時再度發(fā)生交聯(lián)反應的水性聚氨酯，可以達到改善此類聚合物膠膜物理化學性能的目的。因此，選擇廉價易得的原料，探索簡便的合成路線及適宜的工藝參數(shù)，合成能將酮羰基引入水性聚氨酯分子中的小分子雙羥基化合物，是一項十分有意義的工作?！　? 本文通過鹵代烴的親核取代反應合成了一種含酮羰基的雙羥烴基化合物，然后將酮羰基引入到水性聚氨酯的分子鏈段中，利用酮羰基的反應活性(酮肼反應)制備得到了成膜時發(fā)生交聯(lián)反應的水性聚氨酯，并且通過對比實驗，研究了交聯(lián)前后水性聚氨酯的性能差異。　　本實驗以二乙醇胺（DEA）、5-氯-2-戊酮（CPE）等為原料，合成了5-[二（β-羥乙基）胺基]-2-戊酮（BHAP），該化合物可以作為水性聚氨酯的交聯(lián)劑。為了提高BHAP 的收率，實驗中探討了溫度、縛酸劑、催化劑及溶劑等因素對收率的影響，并采用萃取、減壓蒸餾、薄層色譜法、柱色譜法對產物進行了分離提純，通過高效液相色譜法測得了產物混合物中BHAP 的含量，得到了收率及純度較高的BHAP?！　? 通過紅外光譜及核磁共振譜法（1HNMR、13CNMR、COSY、HMBC、HMQC）表征了BHAP 的結構；通過高分辨質譜測定了BHAP 的分子量及元素組成。以自制的BHAP 作為改性原料鏈接到水性聚氨酯分子中，以2，4-甲苯二異氰酸酯（TDI）作為硬段，以聚醚210、220 等作為軟段，以二羥甲基丙酸（DMPA）作為離子中心，以二乙烯三胺（DETA）作為擴鏈劑，采用預聚體法合成了交聯(lián)型聚氨酯水分散體（CWPU）。通過對交聯(lián)型聚氨酯水分散體的粘度,交聯(lián)型聚氨酯膠膜的吸水率、吸甲苯率、拉伸強度、斷裂伸長率、凝膠含量的測量，研究了交聯(lián)改性聚氨酯膠膜的性能。通過對比實驗，研究了不同羧基含量與交聯(lián)劑用量對改性聚氨酯水分散體的性能的影響，對交聯(lián)前后水性聚氨酯的性能的差異進行了探討與分析?！　? 實驗結果表明：交聯(lián)劑合成反應的最佳條件為：以N，N-二甲基甲酰胺（DMF）為溶劑、以無水碳酸鈉為縛酸劑、以無水碘化鈉為催化劑、反應溫度為73℃、反應時間為30h，此條件下BHAP 的收率可以達到90.74%，由高效液相色譜法測得此產品的純度為89.66%。對由柱色譜法分離后得到的產品進行了結構表征：FT-IR 譜圖顯示，產物結構中具有期望的各種官能團；核磁共振譜（1HNMR、13CNMR、COSY、HMBC、HMQC）譜圖顯示，柱層析提純物的結構與所期望的產物BHAP 的結構相符合；高分辨質譜圖顯示，得到的數(shù)據(jù)與預期產物BHAP 的分子量及元素組成相吻合。對交聯(lián)改性聚氨酯膠膜的性能對比研究表明，NCO/OH 的摩爾比為1.28，羧基含量為1.9%的情況下：BHAP 含量為8%時的膜，與沒有加ADH 的膜相比，吸水率下降了18.48%，吸甲苯率下降了72.54%，斷裂強度提高了14.25MPa，凝膠質量分數(shù)增加了11.92%；NCO/OH 的摩爾比為1.28，羧基含量為2.1%的情況下：BHAP 含量為7%時的膜，與沒有加ADH 的膜相比，吸水率下降64.7%，吸甲苯率下降15.12%，斷裂強度提高11.81 MPa，凝膠質量分數(shù)增加4.43%?！　?

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