含氟丙烯酸酯改性水性聚氨酯的合成

发布时间：2020-09-15 14:02

　　近年来,各项环保法规逐渐出台,人们对环境友好的重视程度与日俱增,聚氨酯(PU)中因有大量有机溶剂而无法满足健康环保这一要求,因此对环境污染较小的水性聚氨酯材料(WPU)应运而生。然而WPU却有着耐水、耐热性和力学性能较差这一弱势,为了改善其性能,我们采用含氟丙烯酸酯(FA)对其进行改性,以期得到性能、安全与环保兼备的优良产物。实验采用聚四氢呋喃二醇(PTMG)、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、二羟甲基丙酸(DMPA)等为主要原料,甲基丙烯酸羟乙酯(HEMA)为接枝剂,全氟辛基乙基丙烯酸酯(FA)为改性剂合成了一系列FA改性水性聚氨酯乳液(WPUFA),并干燥成膜。分别考察了HEMA含量、FA含量与不同的内部结构对其乳液与胶膜性能的影响,并采用红外光谱(FT-IR)、光学性能、接触角、力学性能、热重分析(TGA)、扫描电子显微镜(SEM)等对其表征。(1)合成不同HEMA含量的WPUFA乳液,表征发现HEMA含量对合成的乳液和胶膜性能有一定的影响,其少量或者过量时都无法同时达到综合性能的优异,只有当HEMA与-NCO基团摩尔比相同时,得到的产物较为理想。(2)合成一系列不同FA含量的WPUFA乳液,表征发现FA含量对改性的乳液及胶膜性能有很大的影响。FA含量增加,乳液粒子粒径变大,黏度变低,胶膜耐水性、力学性能、耐热性能都有不同程度的提升,但透光率变差。且通过SEM图像可以清楚的观察到加入FA之后胶膜断面出现的相分离现象,随着FA含量增多,胶膜中观察到相分离现象会更明显。同时对胶膜进行了成膜温度和后处理温度对胶膜表面性能影响的测试,结果表明当成膜温度和热处理温度升高时,接触角变大,但不会持续变大,温度达到一定程度后接触角不增反降。(3)通过不同反应方式合成三种不同结构的WPUFA乳液,表征发现形成WPU-FA交联型结构的乳液粒径小,胶膜力学性能和耐热性都比较优异,胶膜吸水率低,但接触角小于非交联结构。非交联结构的乳液接触角较大,但是其力学性能较差。而WPU自交联型结构的乳液及胶膜性没有表现出突出的性能。
【学位单位】：长春工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TQ630.1
【部分图文】：

水性化,水性聚氨酯,方式,溶剂型聚氨酯

第 1 章绪论水性聚氨酯的合成性聚氨酯和溶剂型聚氨酯最大的区别就是以水为分散介质。所以合成键的一步就是聚氨酯的水性化，在日常的实验或者是工业生产中通常方式主要是外如乳化法和自乳化法[19]，顾名思义，外乳化法就是需要剂进行反应，而自乳化法不需要。其主要分类如下，如图 1.1 所示：

示意图,低表面能,物质迁移,示意图

壳乳液聚合的种子乳液，为丙烯酸酯类单体提供一个充分溶胀的场所，单体在聚合物的内部进行聚合，最终得到一种以聚氨酯为壳，聚丙烯酸酯作为核的 PUA 复合乳液。1.3.3 引入疏水链段改性（1）有机硅氧烷化合物改性有机硅氧烷[25]中主要成分是硅元素，其具有超低表面能的特性，用它改性的聚氨酯在成膜过程中硅元素会趋向于向表面集中，其迁移机理如图 1.3 所示，因为这个原因，形成的胶膜可以同时兼备耐水、耐油耐温等[26]性能。从另一方面来说，硅氧烷分子链上的硅原子和烃基的σ键结合，因为其特殊的柔韧性，使得链段上的烃基能够自由旋转，烃基上的氢原子会排斥水分子中的氢原子，以致于水分子很难接触到亲水的氧，两者无法结合，所以会赋予材料卓越的疏水性能[27,28]。使用有机硅氧烷改性的水性聚氨酯材料兼备两者的优良性能，两者性能互相补充[29]，得到了更好性能的水性聚氨酯材料。Zhang 等[30]用聚二甲基硅氧烷对 WPU 进行改性，使得 WPU 膜的疏水性有很大的改善。

装置图,水性聚氨酯乳液,合成实验,装置图

图 2.1 水性聚氨酯乳液合成实验装置图PUFA 乳液的合成方法应步骤如下：在三口瓶中加入经脱水处理的 PTMG-2000 放入 80℃行真空干燥 2 小时。取出三口瓶，加入 IPDI、DMPA、DMAC、催化剂 DBTDL。将三口瓶装上电动搅拌器和回流冷凝管并放入 80转速调为 360～380r/min。反应 2h 后，加入 HEMA，保持 80℃反40℃左右，加入适量丙酮调节黏度，随后加入中和剂 TEA 中和 30m去离子水，将转速调节至 1200r/min，高速搅拌。30min 后加入乳化浴锅升温至 65℃，搅拌器转速调回 360～380r/min，保持 30min。FA 单体，反应 4h，得到 FA 改性的水性聚氨酯乳液。膜的制备定量的含氟丙烯酸酯改性的水性聚氨酯复合乳液倒入 10cm×10cm

【相似文献】