植物油改性陽(yáng)離子水性聚氨酯的合成及性能研究.pdf

1、21世紀(jì)以來，隨著人們對(duì)環(huán)境保護(hù)意識(shí)的提高以及各種環(huán)保法規(guī)的完善，溶劑型聚氨酯中含有的有機(jī)溶劑導(dǎo)致的負(fù)作用越來越明顯。因此，水性聚氨酯(WPU)的發(fā)展就具有非常重要的意義，其具有有機(jī)揮發(fā)物含量低，無毒無污染等優(yōu)點(diǎn)。WPU是在聚氨酯預(yù)聚體生成的過程中，加入具有親水性能的小分子擴(kuò)鏈劑，在反應(yīng)結(jié)束后，加入中和劑中和，成鹽后加水乳化就制備出了水性聚氨酯乳液，這種方法就是一般通用的自乳化法。自乳化法的原理是將親水基團(tuán)引入到聚氨酯分子側(cè)鏈或者主鏈上

2、，乳化的時(shí)候不用加入乳化劑，就能使聚氨酯分散于水中，乳液粒徑比較小，成膜性能優(yōu)異，能長(zhǎng)期穩(wěn)定存在。另一種制備水性聚氨酯的方法是在乳化過程中加入乳化劑，采用高速攪拌的方法進(jìn)行強(qiáng)制分散，制備的乳液粒徑較大，穩(wěn)定性較差，固含量可達(dá)到50％以上，外乳化法一般用的較少。
　　 水性聚氨酯現(xiàn)在廣泛應(yīng)用于皮革涂飾劑、木器漆、膠黏劑、涂料等行業(yè)，已經(jīng)開始逐步取代溶劑型聚氨酯。在這些應(yīng)用中，大多用的都是陰離子水性聚氨酯，在這方面的研究報(bào)道很多，而

3、陽(yáng)離子水性聚氨酯方面的研究較少，這主要是因?yàn)殛?yáng)離子水性聚氨酯在制備過程中使預(yù)聚體季銨鹽化的工藝復(fù)雜，加之成本比較高，乳化產(chǎn)品穩(wěn)定性也比陰離子水性聚氨酯差。與陰離子水性聚氨酯相比較，陽(yáng)離子水性聚氨酯有其獨(dú)特的性能，應(yīng)用價(jià)值較大，開發(fā)新型陽(yáng)離子水性聚氨酯具有重要的研究意義?，F(xiàn)在石油資源日益枯竭、石化產(chǎn)品價(jià)格不斷走高，對(duì)可再生能源進(jìn)行研究已經(jīng)勢(shì)在必行，用生物質(zhì)多元醇代替石化原料來生產(chǎn)聚氨酯是可行的趨勢(shì)，生物質(zhì)多元醇主要有植物油、植物纖維素、木

4、質(zhì)素等，據(jù)報(bào)道，生物質(zhì)多元醇相比于石油多元醇能耗降低達(dá)到23％左右，不可再生能源消耗降低了61％，使用1kg生物質(zhì)聚氨酯能夠少向大氣中排放1.2kg二氧化碳。在本論文中采用的生物質(zhì)多元醇中的植物油改性陽(yáng)離子水性聚氨酯。
　　 本文以聚醚(N-210)、異佛爾酮二異氰酸酯(IPDI)、開環(huán)環(huán)氧大豆油(KESO)、N-甲基二乙醇胺(MDEA)、一縮二乙二醇(DEG)為主要原料，運(yùn)用三步法合成一系列開環(huán)環(huán)氧大豆油量改性的陽(yáng)離子水性聚氨

5、酯乳液。通過對(duì)乳液粒徑、膠膜紅外光譜、力學(xué)性能、邵氏硬度、熱重分析、耐水性、耐酸堿等測(cè)試研究KESO含量對(duì)陽(yáng)離子水性聚氨酯乳液及膠膜性能的影響。結(jié)果表明，當(dāng)KESO的質(zhì)量含量在20.4％以下時(shí)都能合成穩(wěn)定的陽(yáng)離子水性聚氨酯乳液;隨著KESO含量的增加，乳液的粒徑會(huì)變大;由于KESO中含有三個(gè)羥基，使聚氨酯分子結(jié)構(gòu)變成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，提高了膠膜的力學(xué)性能，熱穩(wěn)定性也得到一定程度提高。
　　 以異佛爾酮二異氰酸酯(IPDI)、聚己二酸

6、1，4丁二醇酯二醇(PBA)、聚氧化丙烯二醇(N-210)、蓖麻油(C.O)、一縮二乙二醇(DEG)、N.甲基二乙醇胺(MDEA)、三羥甲基丙烷(TMP)等為主要原料合成了一系列蓖麻油改性的陽(yáng)離子水性聚氨酯。運(yùn)用紅外光譜、吸水率、熱重分析、擺桿硬度、拉伸實(shí)驗(yàn)等測(cè)試，研究了蓖麻油的加入量對(duì)WPU乳液穩(wěn)定性、耐水性、熱穩(wěn)定性、硬度、力學(xué)性能等性能的影響。測(cè)試結(jié)果顯示，蓖麻油的加入使得聚氨酯乳液的粒徑不斷增大，乳液的穩(wěn)定性隨著蓖麻油的不斷加入

7、，會(huì)有稍微降低;蓖麻油的引入能夠提高材料的力學(xué)性能，且能使膠膜在有較好的拉伸強(qiáng)度的前提下還有很好的斷裂伸長(zhǎng)率，當(dāng)蓖麻油含量達(dá)到8.3％，膠膜的拉伸強(qiáng)度能達(dá)到20.1MPa，熱穩(wěn)定性有提高;聚氨酯膠膜的吸水率下降，聚氨酯的吸水率最多能降低至1％左右。
　　 用聚酯型陽(yáng)離子水性聚氨酯和聚醚型陽(yáng)離子水性聚氨酯加入一定比例的助劑配制成水性膠黏劑，與陰離子水性聚氨酯膠黏劑進(jìn)行比較。結(jié)果顯示，聚酯型膠黏劑的各項(xiàng)性能都優(yōu)于聚醚型膠黏劑，已經(jīng)非