【硕士】脂肪链改性水性聚氨酯的合成及其性能研究

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内容简介

　　【硕士】脂肪链改性水性聚氨酯的合成及其性能研究　　授予学位：硕士　　学位授予单位：安徽大学　　学位年度：2010　　 随着人们环保意识的日益加强，聚氨酯的水性化成了必然趋势。水性聚氨酯既具有溶剂型聚氨酯的优异性能，同时其以水为溶剂，无毒、不燃、节能、施工方便，近十几年来关于水性聚氨酯的研究工作日趋活泼。但是水性聚氨酯分子要在水中分散就必须在其分子上引入亲水基团，并且聚氨酯分子本身含有大量极性基团，其水乳液的表面张力居高不下，在一些非极性表面不能很好的铺展润湿，涂膜能力较差。为了弥补这一缺陷，往往在水性聚氨酯分子上引入疏水基团，提高其疏水性。目前国内外关于这方面的研究主要集中在有机硅、有机氟改性上面，并取得了有效的成果。按照表面活性剂的原理，若在水性聚氨酯分子上引入一定长度的脂肪烃可以起到类似的效果。本文使用不同原料来改性水性聚氨酯，旨在在水性聚氨酯分子上引入疏水的脂肪侧链，以提高其疏水性。　　 （1）不同脂肪侧链含量对水性聚氨酯性能的影响本章用含有12碳脂肪链的月桂酸单甘油酯（GML）、异佛尔酮二异氰酸酯（IPDI）和聚醚220等合成水性聚氨酯,通过改变GML的加入量调整配方。使用傅里叶红外（FT-IR）、静滴接触角/界面张力测量仪、全自动表面张力仪、荧光分光光度计分别对合成产物的结构、样品胶膜水接触角和表面能、样品乳液表面张力以及临界胶束浓度（CMC）进行了表征和测试研究，观察样品乳液在非极性基材双向拉伸聚丙烯膜（BOPP）上的润湿情况，并对样品胶膜的机械性能及吸水率进行了研究。　　 研究结果表明：GML在水性聚氨酯分子上引入了脂肪侧链，长脂肪侧链向胶膜表面迁移，并且随着脂肪链含量的增加迁移量增大，当GML加入量达到4wt%时迁移量基本达到饱和；随着脂肪链含量增大，胶膜表面能降低、水接触角增大、吸水率降低，表面能和接触角均在GML加入量为4wt%时达到最值；改性乳液的表面活性增强，随着GML加入量的增加，乳液表面张力降低，临界胶束浓度减小，4wt%时达最值；乳液在BOPP膜上的润湿性得到改善，两者表面张力越接近，润湿效果越好；GML还可以提高胶膜的断裂伸长率，但胶膜拉伸强度降低。　　 （2）不同脂肪侧链长度对水性聚氨酯性能的影响本章用含有不同长度脂肪侧链的单甘油酯、异佛尔酮二异氰酸酯（IPDI）和聚醚220 等合成一系列改性水性聚氨酯。使用傅里叶红外（FT-IR）对合成产物的结构进行了表征，静滴接触角/界面张力测量仪对样品胶膜水接触角、表面能进行了测试，全自动表面张力仪以及荧光分光光度计分别研究了不同长度脂肪侧链对样品乳液表面张力以及临界胶束浓度（CMC）的影响，并对样品胶膜的机械性能及吸水率进行了研究。　　 研究结果表明：单甘油酯在水性聚氨酯分子上引入了脂肪侧链，长脂肪侧链向胶膜表面迁移；随着脂肪链长度的增大，样品胶膜表面能降低、水接触角增大、吸水率降低，表面能和接触角均在脂肪链长度为12 碳时达到最值；改性乳液表面活性增强，且随脂肪链长度增加，乳液表面张力减小、CMC 减小，但是脂肪链相对较短则不易形成多分子胶束；随着脂肪链长度增加，水性聚氨酯胶膜的断裂伸长率增大，但拉伸强度下降。　　 （3）不饱和脂肪侧链对水性聚氨酯性能的影响本章先用含有18 碳油酸脂肪链的三羟甲基丙烷单油酸酯（TMPM）作为软段和异佛尔酮二异氰酸酯（IPDI）、聚醚210 等合成水性聚氨酯，通过改变TMPM加入量、-NCO 和-OH 比(n(-NCO/-OH))、交联度(n(-OHTMP/-OHPPG))合成一系列水性聚氨酯树脂。使用透射电镜（TEM）、动态激光光散射（DLLS）、傅里叶红外（FT-IR）、全自动表面张力仪、热重分析仪（TGA）分别研究了样品乳液胶束形态及尺寸、结构、不同TMPM 含量、-NCO/-OH 比值和交联度对乳液表面张力的影响和胶膜的热稳定性。同时将TMPM作为扩链剂改性水性聚氨酯，改变TMPM加入量合成一系列水性聚氨酯，对TMPM 加入量对两种方法所得水性聚氨酯乳液表面张力的影响进行了比较。　　 结果表明TMPM 在水性聚氨酯分子上引入了脂肪侧链，提高了乳液的表面活性，使其胶束更易形成；但改性水性聚氨酯的胶束粒径有所增大，并且随着TMPM加入量的增加不断增大，当TMPM 加入量达到7wt%时，乳液不稳定；脂肪侧链的引入降低了水性聚氨酯乳液的表面张力，且TMPM 作为扩链剂合成的水性聚氨酯乳液表面张力较低，TMPM 加入量为4wt%时有最值；同时乳液的表面张力随着n(-NCO/-OH)增大而降低，随交联度的增大先增加后减小，当交联度为20%时表面张力为29.85 mN/m； TMPM 的引入可以提高胶膜的热稳定性。　　

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