葡萄糖改性水性聚氨酯的合成及性能研究

发布时间：2017-05-21 08:17

  本文关键词：葡萄糖改性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】：聚氨酯指的是在分子主链中含氨基甲酸酯键的一类聚合物的统称,通常情况下出异氰酸酯和多元醇发生加聚反应生成。环境污染程度增加,导致溶剂型聚氨酯发展受阻,工业发展随之出现萎缩现象,因此水性聚氨酯(Waterborne Polyurethane, WPU)应运而生。 WPU是指在聚氨酯分子链的主链上或侧链上接入亲水性基团,或者通过外加入乳化剂的方式来实现聚氨酯的水溶性。WPU以水作为分散介质,具有环保无毒、难燃烧等优势,并且通过改变软硬段种类与比例来调节树脂材料的综合性能。因此,WPU能被广泛应用到纺织、建筑、皮革、造纸等领域。相比溶剂型PU,WPU存在硬度低、分子量小等劣势,因此水性聚氨酯的改性研究非常重要,如交联改性、环氧改性、纳米改性等。近几年天然物质以其环保易得、易降解等优势成为改性的热门话题。 经过大量前期调研后,本文选用简单易得、价廉的天然质葡萄糖作为改性剂,对水性聚氨酯进行交联改性,主要分为以下四个方面进行研究： 1.葡萄糖改性异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)水性聚氨酯研究 本章采用自然界广泛存在的葡萄糖(G1c)为交联改性剂,葡萄糖是一种多羟基醛,分子中含五个羟基,且含有六元环状结构,羟基相错分布与六元环上下侧。以异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI),聚氧化丙烯二醇(N-210),一缩二乙二醇(DEG),葡萄糖和二羟甲基丙酸(DMPA)作为基本原料,通过合成工艺探索确定最优实验方案,采用最优实验方案合成一系列不同GLC百分含量的水性聚氨酯。傅里叶变换红外光谱(FTIR)对共聚物组成进行表征,以拉力机、差示扫描量热仪(DSC)和热重分析仪分别对胶膜的力学性能、表面形貌和热性能进行测试。结果表明,通过FTIR测试中羟基谱峰的变化可以证明葡萄糖作为内交联剂引入了聚氨酯分子链中,且乳液稳定性测试表明合成了稳定性良好的乳液;随着葡萄糖加入量的增加,胶膜耐水性得到提高,耐热性能得到改善；由于葡萄糖的交联作用,引起胶膜硬度和力学性能随着Glc添加量的增加显著提高,相对玻璃硬度最高达0.54,拉伸强度最大超过30MPa；当葡萄糖用量1.75%时综合性能良好,且乳液状态良好。 2.葡萄糖改性甲苯二异氰酸酯(TDI)型水性聚氨酯研究 以葡萄糖(Glc)作为交联改性剂,以甲苯二异氰酸酯(TDI),聚氧化丙烯二醇(N210),一缩二乙二醇(DEG),二羟甲基丙酸(DMPA)作为基本原料,通过合成工艺探索确定最优实验方案,采用最优实验方案合成一系列不同Glc百分含量的水性聚氨酯。FTIR对共聚物组成进行表征,以拉力机、DSC和热重分析仪分别对胶膜的力学性能、表面形貌和热性能进行了测试。结果表明,经工艺探讨后采用最优合成工艺合成一系列水性聚氨酯,各项性能测试和表征表明合成了葡萄糖改性水性聚氨酯,且因葡萄糖的加入引起乳液粒径变小,胶膜耐水性得到改善；该体系改性水性聚氨酯热分解起始温度在220℃左右,软硬段的最大分解速率温度上升；随着葡萄糖加入量增加,胶膜邵氏硬度从64(邵A)增加到了83(邵A)；该体系胶膜耐水性明显低于葡萄糖改性IPDI型水性聚氨酯。 3.葡萄糖-磺酸盐双重改性IPDI型水性聚氨酯研究 用葡萄糖(Glc)作为交联改性剂,以异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI),聚氧化丙烯二醇(N210),一缩二乙二醇(DEG),二羟甲基丙酸(DMPA)和氨基磺酸钠(A-95)作为基本原料,合成一系列不同Glc百分含量的水性聚氨酯。傅里叶变换红外光谱(FTIR)对共聚物组成进行表征,以拉力机、差示扫描量热仪(DSC)和热重分析仪分别对胶膜的力学性能、表面形貌和热性能进行了测试。结果表明,葡萄糖改性水性聚氨酯已经合成,乳液状态良好,能够长期稳定存在；而且葡萄糖含量增加在一定程度上会改善水性聚氨酯力学性能；葡萄糖加入量增加降低胶膜热分解速率,提高了胶膜耐热性；并且随葡萄糖含量增加,胶膜硬度上升； 4.葡萄糖改性水性聚氨酯胶膜的降解性研究 分别采用前三章节中的合成工艺制备了一系列葡萄糖改性水性聚氨酯的复合乳液。将样品编号并称重之后,埋在土里自然降解,为期100天。傅里叶变换红外光谱(FTIR)对共聚物组成进行表征,以拉力机、扫描电镜(SEM)和热重分析仪分别对胶膜的力学性能、表面形貌和热性能进行了测试。结果表明,IPDI型水性聚氨酯胶膜易降解,TDI型聚氨酯在自然条件下较难出现降解。葡萄糖改性后的胶膜易降解,且降解程度随着葡萄糖加入量的增加而增大。
【关键词】：水性聚氨酯 葡萄糖 改性 硬度 降解
【学位授予单位】：安徽大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：O633.14
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-14
• 第一章 绪论14-29
• 1.1 聚氨酯简介14-15
• 1.2 水性聚氨酯简介15-16
• 1.3 水性聚氨酯改性研究16-22
• 1.3.1 交联改性16-17
• 1.3.2 有机硅改性17-18
• 1.3.3 纳米改性18-19
• 1.3.4 多元改性19-20
• 1.3.5 天然物质改性20-22
• 1.3.5.1 植物油改性水性聚氨酯20-22
• 1.3.5.2 小分子糖类改性水性聚氨酯研究22
• 1.4 本论文的研究方法及主要内容22-24
• 参考文献24-29
• 第二章 葡萄糖改性异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)水性聚氨酯研究29-46
• 2.1 前言29-30
• 2.2 实验部分30-31
• 2.2.1 实验原料30
• 2.2.2 实验步骤与胶膜制备30-31
• 2.3 性能表征与测试31-33
• 2.3.1 -NCO含量测定31
• 2.3.2 傅里叶转换红外光谱(FTIR)测试31
• 2.3.3 乳液稳定性31-32
• 2.3.4 乳液粘度测试32
• 2.3.5 胶膜吸水率测试32
• 2.3.6 乳液粒径测试32
• 2.3.7 热重分析(TG)测试32
• 2.3.8 硬度测试32-33
• 2.3.9 力学性能测试33
• 2.4 结果与讨论33-43
• 2.4.1 工艺探讨33-37
• 2.4.2 红外光谱分析37-38
• 2.4.3 WPU样品乳液外观和稳定性38-39
• 2.4.4 WPU胶膜的状态以及耐水性39-41
• 2.4.5 热重TG测试曲线41-42
• 2.4.6 硬度分析42-43
• 2.4.7 胶膜力学性能测试43
• 2.5 结论43-44
• 参考文献44-46
• 第三章 葡萄糖改性甲苯二异氰酸酯(TDI)型水性聚氨酯研究46-68
• 3.1 前言46-47
• 3.2 实验部分47-48
• 3.2.1 实验原料47
• 3.2.2 实验步骤与胶膜制备47-48
• 3.3 性能表征与测试48-50
• 3.3.1 -NCO含量测定48
• 3.3.2 傅里叶转换红外光谱(FTIR)测试48-49
• 3.3.3 乳液稳定性49
• 3.3.4 乳液粘度测试49
• 3.3.5 胶膜吸水率测试49
• 3.3.6 乳液粒径测试49
• 3.3.7 X衍射测试49
• 3.3.8 热重分析(TG)测试49-50
• 3.3.9 硬度测试50
• 3.3.10 力学性能测试50
• 3.4 结果与讨论50-66
• 3.4.1 工艺探讨50-54
• 3.4.2 聚氨酯乳液红外测试54-56
• 3.4.3 乳液稳定性测试56-57
• 3.4.4 XRD测试57-58
• 3.4.5 粒径测试58-59
• 3.4.6 吸水率测试59-61
• 3.4.7 热重(TG)测试曲线61-62
• 3.4.8 硬度测试62
• 3.4.9 不同硬段含量对葡萄糖改性水性聚氨酯的影响62-66
• 3.4.9.1 力学性能测试63-64
• 3.4.9.2 硬度测试64-65
• 3.4.9.3 粒径测试65-66
• 3.4.9.4 吸水率测试66
• 3.5 结论66-67
• 参考文献67-68
• 第四章 葡萄糖-磺酸盐双重改性IPDI型水性聚氨酯研究68-81
• 4.1 前言68-69
• 4.2 实验部分69-70
• 4.2.1 实验原料69
• 4.2.2 实验步骤与胶膜制备69-70
• 4.3 性能表征与测试70-72
• 4.3.1 傅里叶转换红外光谱(FTIR)测试70
• 4.3.2 乳液稳定性70-71
• 4.3.3 胶膜吸水率测试71
• 4.3.4 乳液粒径测试71
• 4.3.5 透射电镜(TEM)测试71
• 4.3.6 热重分析(TG)测试71
• 4.3.7 硬度测试71-72
• 4.3.8 力学性能测试72
• 4.4 结果与讨论72-79
• 4.4.1 红外测试72-73
• 4.4.2 粒径测试73-74
• 4.4.3 TEM测试74-75
• 4.4.4 吸水率测试75-77
• 4.4.5 力学性能测试77-78
• 4.4.6 硬度测试78-79
• 4.4.7 热重分析(TG)测试79
• 4.5 结论79-80
• 参考文献80-81
• 第五章 葡萄糖改性水性聚氨酯胶膜的降解性研究81-99
• 5.1 前言81
• 5.2 实验部分81-82
• 5.3 性能测试与表征82-83
• 5.3.1 傅里叶转换红外光谱(FTIR)测试82
• 5.3.2 降解率测试82
• 5.3.3 胶膜吸水率测试82-83
• 5.3.4 热重分析(TG)测试83
• 5.3.5 力学性能测试83
• 5.3.6 扫描电镜(SEM)测试83
• 5.4 结果与讨论83-97
• 5.4.1 降解前后实物对比83-86
• 5.4.2 红外测试86-90
• 5.4.3 降解率测试90-91
• 5.4.4 SEM测试91-94
• 5.4.5 热重分析(TG)测试94-97
• 5.5 结论97-98
• 参考文献98-99
• 第六章 结论99-101
• 致谢101-102
• 硕士期间发表论文102

【参考文献】

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本文编号：383093