聚碳酸酯二醇型水性聚氨酯的合成及性能研究

发布时间：2017-04-13 15:07

  本文关键词：聚碳酸酯二醇型水性聚氨酯的合成及性能研究，由笔耕文化传播整理发布。

【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。
【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
【学位授予单位】：中北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：O633.14
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第一章 绪论11-25
• 1.1 课题的研究背景及意义11-12
• 1.2 聚碳酸酯二醇12-13
• 1.3 水性聚氨酯(WPU)13-21
• 1.3.1 合成水性聚氨酯的原料13-15
• 1.3.2 水性聚氨酯的合成反应机理15-17
• 1.3.3 水性聚氨酯预聚体乳化过程（相转变过程）17-18
• 1.3.4 水性聚氨酯分散液的稳定性机理18
• 1.3.5 水性聚氨酯乳液成膜机理18-19
• 1.3.6 水性聚氨酯的微相分离与结晶19-21
• 1.4 PCDL 型水性聚氨酯的国内外研究现状及发展动态21-22
• 1.5 硅氧烷的结构及其改性 WPU 的方法22-23
• 1.5.1 硅氧烷的结构22
• 1.5.2 硅氧烷改性 WPU 的方法22-23
• 1.6 本课题的研究目的和主要内容23-25
• 1.6.1 本课题的研究目的23-24
• 1.6.2 本课题研究的主要内容24-25
• 第二章 实验基础25-34
• 2.1 实验部分25-28
• 2.1.1 实验原料25-26
• 2.1.2 实验原料的处理方法26
• 2.1.3 实验仪器及设备26-27
• 2.1.4 实验装置27-28
• 2.2 合成方法与工艺28-29
• 2.3 水性聚氨酯分子量的计算29
• 2.4 产品胶膜的制备29
• 2.5 产品性能测试与表征手段29-34
• 2.5.1 预聚体中异氰酸酯基团（-NCO）含量的测试29-31
• 2.5.2 水性聚氨酯乳液性能的测试31-32
• 2.5.2.1 产品固含量的测试31
• 2.5.2.2 产品粘度的测试31
• 2.5.2.3 产品扫描电镜（SEM）的测试31-32
• 2.5.3 水性聚氨酯胶膜性能的测试32-34
• 2.5.3.1 产品的红外光谱测试32
• 2.5.3.2 力学性能的测定32
• 2.5.3.3 拉伸剪切强度的测定32
• 2.5.3.4 耐水、耐乙醇性能的测试32-33
• 2.5.3.5 产品的热失重分析（TGA）测试33
• 2.5.3.6 产品的差失扫描量热（DSC）的测试33-34
• 第三章 聚碳酸酯二醇型水性聚氨酯的合成研究34-51
• 3.1 引言34
• 3.2 聚碳酸酯二醇型和聚醚型水性聚氨酯的合成34-37
• 3.3 实验结果分析与讨论37-49
• 3.3.1 水性聚氨酯的结构分析37-38
• 3.3.2 PCDL 型 WPU 与聚醚型 WPU 性能的比较38-41
• 3.3.2.1 不同软段对 WPU 性能的影响38-39
• 3.3.2.2 耐水性、耐乙醇性能的比较39-40
• 3.3.2.3 热性能的比较40-41
• 3.3.3 HDI/IPDI 对 PCDL 型水性聚氨酯性能的影响分析41-45
• 3.3.3.1 HDI/IPDI 对 PCDL 型 WPU 乳液性能的影响41
• 3.3.3.2 HDI/IPDI 对 PCDL 型 WPU 力学性能的影响41-42
• 3.3.3.3 HDI/IPDI 对 PCDL 型 WPU 拉伸剪切强度的影响42-43
• 3.3.3.4 HDI/IPDI 对 PCDL 型 WPU 耐水、耐乙醇性能的影响43-44
• 3.3.3.5 HDI/IPDI 对 PCDL 型 WPU 热性能的影响44-45
• 3.3.4 KH-551 封端对 PCDL 型 WPU 性能的影响分析45-49
• 3.3.4.1 KH-551 对 PCDL 型 WPU 乳液性能的影响45
• 3.3.4.2 KH-551 对 PCDL 型 WPU 力学性能的影响45-46
• 3.3.4.3 KH-551 对 PCDL 型 WPU 拉伸剪切强度的影响46-47
• 3.3.4.4 KH-551 用量对 PCDL 型 WPU 耐水、耐溶剂性能的影响47-48
• 3.3.4.5 KH-551 对 PCDL 型 WPU 热性能的影响48-49
• 3.4 本章小结49-51
• 第四章 聚硅氧烷-PCDL-水性聚氨酯三元复合乳液的合成及性能研究51-63
• 4.1 引言51
• 4.2 (PDMS-NH2)-PCDL-水性聚氨酯三元复合乳液的合成及反应流程51-53
• 4.3 (PDMS-OH)-PCDL-水性聚氨酯三元复合乳液的合成及反应流程53-54
• 4.4 产品的红外光谱分析54-55
• 4.5 实验结果分析与讨论55-62
• 4.5.1 WPU 乳液性能的分析55-56
• 4.5.2 力学性能的分析56-58
• 4.5.3 拉伸剪切强度的分析58-59
• 4.5.4 耐水性、耐乙醇性能的分析59-60
• 4.5.5 热性能的分析60-61
• 4.5.6 扫描电镜（SEM）的分析61-62
• 4.6 本章小结62-63
• 第五章 结论63-64
• 参考文献64-69
• 攻读硕士学位期间发表的论文及所取得的研究成果69-70
• 致谢70-71

【参考文献】

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本文编号：303836