基于磺酸基-羧基高固含水性聚氨酯合成及性能研究.pdf

1、高固含量、高穩(wěn)定性聚氨酯分散體(PUD)在膠黏劑、皮革、涂料等行業(yè)具有廣泛的應(yīng)用前景。皮革、紡織、塑料薄膜、紙張等軟質(zhì)基材應(yīng)用要求PUD形成的膜具有高柔軟性、高耐水性、高耐酸堿性、較寬的pH適用范圍等性能。目前，我國(guó)多采用DMPA為小分子親水?dāng)U鏈劑制備聚氨酯分散體，原料的單一性在一定程度上阻礙了高性能聚氨酯分散體的發(fā)展。采用二羥甲基丙酸(DMPA)合成PUD的親水基團(tuán)處于聚氨酯硬段，使軟硬段微相分離程度過(guò)大，從而影響膠膜的性能。

2、　　 普通羧酸型水性聚氨酯的缺陷主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:1.固含量較低，一般為30％左右，成膜速度偏慢且成本較高;2.耐水性較差:由于其分子鏈中的親水性基團(tuán)的存在，不可避免的對(duì)于耐水性產(chǎn)生較大的影響;3.耐候性、耐溶劑性、初始粘度等方面也表現(xiàn)較差;4.硬度強(qiáng)度等較低:由于分子量不及溶劑型聚氨酯，故在硬度強(qiáng)度等方面與溶劑型相比也體現(xiàn)出一定的劣勢(shì)。
　　 為提高水性聚氨酯的綜合性能，常對(duì)其進(jìn)行改性，或采用新型原料。相關(guān)研究表明:磺

3、酸型水性聚氨酯可以明顯提高聚氨酯乳液固含量，提高乳液穩(wěn)定性，使乳液具有較寬的pH適用范圍，同時(shí)能夠提高聚氨酯膠膜的初粘強(qiáng)度，提高膠膜的耐水解性能和拉伸強(qiáng)度。采用新型的羥基磺酸聚酯(S3001)作為原料，在普通羧酸型水性聚氨酯軟段中引入磺酸基團(tuán)，可以提高水性聚氨酯的固含量，同時(shí)，由于S3001具有較強(qiáng)的結(jié)晶性能，可以進(jìn)一步提高水性聚氨酯產(chǎn)品膠膜的力學(xué)性能、耐水解性能及熱穩(wěn)定性，并改進(jìn)水性聚氨酯的pH適用范圍。
　　 本論文中實(shí)驗(yàn)部

4、分以新型羥基磺酸聚酯(S3001)為原料，主要進(jìn)行了以下兩個(gè)方面的工作和研究:
　　 1.本文采用丙酮法，以新型磺酸基團(tuán)聚酯二元醇(S3001)和二羥甲基丙酸(DMPA)為親水單體，異佛爾酮二異氰酸酯(IPDI)、聚醚二醇(N220，Mn=2000)、聚己二酸丁二醇酯二醇(PBA)、一縮二乙二醇(DEG)、二羥甲基丙酸(DMPA)等為原料，成功制備了固含量在40％以上的高固含量、低粘度、溶劑用量少、狀態(tài)穩(wěn)定的聚氨酯分散體。通過(guò)對(duì)

5、實(shí)驗(yàn)工藝的探究及各項(xiàng)測(cè)試表征，結(jié)果表明:
　　 (1)脂肪族磺酸基/羧基高固含水性聚氨酯由于原料粘度較大，反應(yīng)活性較高，市場(chǎng)需要膠膜具有較寬可調(diào)的硬度。通過(guò)設(shè)計(jì)不同的生產(chǎn)工藝進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn)，采用后擴(kuò)鏈的反應(yīng)方式進(jìn)行制備，后擴(kuò)鏈時(shí)，宜采用將乙二胺(EDA)溶于水中再加入預(yù)聚體乳化的方式，EDA加入量控制在2.1％左右制得的乳液粒徑較小，外觀較好，所需溶劑量較小。紅外測(cè)試表明，成功合成了磺酸/羧酸型水性聚氨酯。
　　 (2)改

6、變親水?dāng)U鏈劑二羥甲基丙酸(DMPA)加入量(3.1％-6.42％)，采用粒徑測(cè)試和耐水性測(cè)試，結(jié)果表明:DMPA加入量在5％左右時(shí)乳液狀態(tài)較好，粒徑較小，分布較為均勻，耐水性較好。
　　 (3)采用羥基磺酸聚酯(S3001)為原料，制得的聚氨酯乳液穩(wěn)定性較好。與醋酸乙烯-乙烯乳液(VAE)共混時(shí)，容忍度較好，耐水解性能較普通羧酸型聚氨酯得到了明顯提高。
　　 (4)改變軟硬鏈段質(zhì)量比1.29-2.25，測(cè)試發(fā)現(xiàn)，成膜硬度

7、為29-51HD，軟硬可調(diào)，且具有較高的拉伸強(qiáng)度(大于35MPa)和斷裂伸長(zhǎng)率(大于400％)。
　　 (5)軟段中磺酸聚酯的比例增加時(shí)，粒徑逐漸減小，呈現(xiàn)二元分布，固含量可提高至40％以上。膠膜熱穩(wěn)定性提高。
　　 2.由于脂肪族磺酸/羧酸型水性聚氨酯成本較高，難以滿足不同檔次的市場(chǎng)需求，不利于產(chǎn)品的推廣。因此，本論文采用甲苯二異氰酸酯(TDI)替代異佛爾酮二異氰酸酯(IPDI)，生產(chǎn)了一系列芳香族磺酸/羧酸型水性聚氨

8、酯。通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)工藝的探究及各項(xiàng)測(cè)試表征，結(jié)果表明:
　　 (1)紅外測(cè)試證明成功采用羥基磺酸聚酯(S3001，Mn=2000)合成了芳香族磺酸/羧酸型水性聚氨酯，粒徑測(cè)試顯示，該乳液粒徑呈二元分布。
　　 (2)工藝探究發(fā)現(xiàn)采用先加冰水乳化，再緩慢加入乙二胺(EDA)進(jìn)行擴(kuò)鏈，可制得穩(wěn)定的聚氨酯乳液。
　　 (3)容忍性測(cè)試表明采用羥基磺酸聚酯為原料可以使聚氨酯乳液與醋酸乙烯-乙烯共聚乳液(VAE)共混時(shí)狀態(tài)穩(wěn)定