水性聚氨酯性能的影響因素.pdf

1、水性聚氨酯以水代替有機(jī)溶劑作為分散介質(zhì)，具有安全、節(jié)能、環(huán)保等優(yōu)良性能，是近年來發(fā)展較為迅猛的新型綠色環(huán)保材料。
　　 水性聚氨酯是由柔性的軟段鏈和剛性的硬段鏈交替連接而成的嵌段共聚物。軟段由大分子多元醇（聚醚或聚酯多元醇）構(gòu)成，硬段由多異氰酸酯和小分子擴(kuò)鏈劑等構(gòu)成。所以，聚氨酯的軟段和硬段結(jié)構(gòu)對(duì)水性聚氨酯的性能有著直接或間接的影響，在聚氨酯中，只有當(dāng)剛性鏈段的內(nèi)聚能足夠大，才能彼此締合在一起形成硬段，影響剛性鏈段內(nèi)聚能的因素有

2、二異氰酸酯、擴(kuò)鏈劑和交聯(lián)劑的種類和用量。本文主要探討了二異氰酸酯、交聯(lián)劑和小分子擴(kuò)鏈劑的種類對(duì)水性聚氨酯乳液粒徑、紅外結(jié)構(gòu)、耐熱、力學(xué)以及耐水等性能的影響。
　　 (1)二異氰酸酯種類對(duì)水性聚氨酯性能的影響
　　 本章分別采用異佛爾酮二異氰酸酯(IPDI)、甲苯二異氰酸酯(TDI)、二苯基甲烷二異氰酸酯(MDI)、二環(huán)己基甲烷二異氰酸酯(HMDI)，和聚醚二元醇(N210和N220)、二羥甲基丙酸、一縮二乙二醇為主要原料

3、合成了一系列不同多異氰酸酯結(jié)構(gòu)的水性聚氨酯。通過乳液粒徑、紅外、DMA、力學(xué)、硬度、耐水、耐酸堿等結(jié)構(gòu)和性能的測(cè)試，研究了二異氰酸酯種類的變化對(duì)水性聚氨酯在上述結(jié)構(gòu)和性能上的影響。著重研究了水性聚氨酯的N-H伸縮振動(dòng)吸收峰的變化與不同結(jié)構(gòu)二異氰酸酯之間的關(guān)系。
　　 研究結(jié)果表明，芳香族異氰酸酯相對(duì)于脂肪族異氰酸酯而言，合成的聚氨酯乳液粒徑大，聚氨酯膠膜的拉伸強(qiáng)度和硬度較高，耐水耐酸堿腐蝕性能較好;從水性聚氨酯的N-H伸縮振動(dòng)吸

4、收峰的分峰結(jié)果可以看出，不同二異氰酸酯種類對(duì)水性聚氨酯體系的氫鍵作用力有較明顯的影響，芳香族聚氨酯體系的氫鍵作用力強(qiáng)度比脂環(huán)族的大，分子鏈規(guī)整的體系氫鍵化程度較高，空間位阻使聚氨酯結(jié)構(gòu)的氫鍵化程度降低;DMA測(cè)試表明，芳香族異氰酸酯分子中剛性芳環(huán)的存在以及生成的氨基甲酸酯鍵賦予聚氨酯較強(qiáng)的內(nèi)聚力，導(dǎo)致玻璃化溫度提高，故硬段Tg較脂肪族異氰酸酯要高。
　　 (2)交聯(lián)劑種類對(duì)水性聚氨酯性能的影響
　　 本章采用異佛爾酮二異

5、氰酸酯、聚醚二元醇(N210和N220)、二羥甲基丙酸和一縮二乙二醇為主要原料，分別以聚醚三元醇N330、蓖麻油(C.O)、三官能度的三羥甲基丙烷(TMP)、四官能度的季戊四醇(PER)為交聯(lián)劑，合成了一系列水性聚氨酯，探討了不同種類的交聯(lián)劑對(duì)水性聚氨酯乳液的粒徑、乳液的穩(wěn)定性，對(duì)聚氨酯膠膜的力學(xué)性能、膠膜的耐水性能、膠膜的耐熱性能及玻璃化轉(zhuǎn)變溫度等的影響。
　　 研究表明，交聯(lián)后的水性聚氨酯乳液平均粒徑有所增大;大分子交聯(lián)劑形

6、成的聚氨酯結(jié)構(gòu)分子鏈段較為柔軟，交聯(lián)改性后的聚氨酯膠膜手感較好;適當(dāng)?shù)慕宦?lián)有利于提高聚氨酯的力學(xué)性能、耐熱性能和耐水性能，交聯(lián)密度過大反而會(huì)破壞這些性能;小分子交聯(lián)劑使得聚氨酯硬段Tg向高溫移動(dòng)，大分子交聯(lián)劑阻礙了硬段的聚集作用，使硬段Tg向低溫移動(dòng)。
　　 (3)小分子擴(kuò)鏈劑種類對(duì)水性聚氨酯性能的影響
　　 本章主要采用具有不同碳鏈長度的直鏈型擴(kuò)鏈劑、不同側(cè)甲基團(tuán)數(shù)目以及具有醚氧基團(tuán)的小分子擴(kuò)鏈劑制備了一系列水性聚氨酯

7、。通過乳液粒徑、紅外結(jié)構(gòu)以及耐水、拉伸性能測(cè)試對(duì)水性聚氨酯的性能進(jìn)行了表征。
　　 研究結(jié)果表明，支鏈的增加有利于獲得分布窄、粒徑小的聚氨酯乳液，隨著分子鏈規(guī)整度的提高，乳液粒徑增大，分布變寬;直碳鏈的擴(kuò)鏈劑隨著碳鏈的增長，聚氨酯結(jié)構(gòu)中硬鏈段密度減小，微相分離程度降低，聚氨酯膠膜的力學(xué)性能下降，斷裂伸長率提高;醚鍵的存在增加了分子鏈的柔順性，使得拉伸強(qiáng)度減小，硬度降低;帶側(cè)基的擴(kuò)鏈劑由于硬段規(guī)整度降低，聚氨酯的拉伸強(qiáng)度和硬度明顯