陽離子型水性聚氨酯乳液的合成

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1、第5卷第3期過程工程學(xué)報(bào)Vol.5No.32005年6月TheChineseJournalofProcessEngineeringJune2005陽離子型水性聚氨酯乳液的合成1，22112丁彩鳳，胡孔誠，徐虹，歐陽平凱，張書圣(1.南京工業(yè)大學(xué)制藥與生命科學(xué)學(xué)院，江蘇南京210009；2.青島科技大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院，山東青島266042)摘要：以聚酯多元醇、三羥甲基丙烷、甲苯二異氰酸酯和N?甲基二乙醇胺為主要原料合成了一種以水為介質(zhì)的性能穩(wěn)定的水性聚氨酯乳液，闡述了各種因素對產(chǎn)品物理性能的影響，獲得了最佳配方.關(guān)

2、鍵詞：陽離子；水性聚氨酯；乳液中圖分類號(hào)：TQ316.32文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1009?606X(2005)03?0301?041前言海實(shí)驗(yàn)試劑廠)，聚酯多元醇(PPR,分子量1000，羥值KOH116mg/g，工業(yè)級(jí)，青島德青化工)，N?甲基二乙聚氨基甲酸酯(Polyurethane)簡稱聚氨酯(PU)，是含醇胺、三羥甲基丙烷(TMP)、丙酮、甲酸均為分析純.有氨基甲酸酯?NHCOO?基團(tuán)的聚合物，通常是由多異儀器：F?0.4型攪拌分散機(jī)(江陰德豐市機(jī)械廠)，氰酸酯(含?NCO基團(tuán))或其加成物與含活潑氫(主要是

3、硬度計(jì)(上海險(xiǎn)峰電影機(jī)械廠)，電子拉力機(jī)(高鐵科技股[1]羥基中的活潑氫)的多元醇反應(yīng)而成.份有限公司).聚氨酯樹脂應(yīng)用廣泛，性能優(yōu)異.它作為涂料使用2.2合成方法時(shí)，所形成的涂膜機(jī)械性能好，耐磨性好，硬度高，耐將60g聚酯多元醇放入500mL三口燒瓶中，100[2]水、耐化學(xué)、耐老化性優(yōu)異，屬于高性能涂料.其中，℃及10132.5Pa下真空脫水1~1.5h；降溫至60℃以下，水性聚氨酯以水為分散介質(zhì)，不僅具有不燃、無毒、不加入45.0gTDI，2.0g三羥甲基丙烷，在80~85℃下反污染環(huán)境、節(jié)省有機(jī)溶劑等特點(diǎn)，還

4、具有溶劑型聚氨酯應(yīng)2h，然后降溫至40℃左右，加入12mLN?甲基二乙的大部分優(yōu)點(diǎn)，廣泛地應(yīng)用于纖維處理、紙張涂層、鋼醇胺，用60mL丙酮稀釋，在45~50℃下反應(yīng)20min；[3,4]材防腐、皮革涂飾、泡沫塑料等許多領(lǐng)域.因此，尋將反應(yīng)產(chǎn)物緩慢加入事先準(zhǔn)備好的加入了10mL甲酸找適宜的原料，研究開發(fā)具有良好耐水性能的水性聚氨的200mL去離子水中，并用乳化機(jī)強(qiáng)烈剪切20min，[5]酯已成為當(dāng)前的研究熱點(diǎn).減壓蒸出丙酮，即得產(chǎn)品.產(chǎn)品中聚氨酯含量約為水性聚氨酯包括聚氨酯水溶液、水分散液和水乳液[6]39%(ω).3

5、種，是以水為介質(zhì)的二元膠態(tài)體系，聚氨酯(PU)粒2.3力學(xué)性能測定子分散于連續(xù)的水相中，也稱水性PU或水基PU.水性使用邵氏硬度計(jì)測定硬度，電子拉力機(jī)測定拉伸性PU雖然歷史不長，但發(fā)展卻非常迅速.目前應(yīng)用的主要能，拉伸速率50mm/min.是雙組分或陰離子型單組分水性聚氨酯乳液，這兩種聚氨酯乳液應(yīng)用都很廣泛，但都存在著穩(wěn)定性差、耐水性3結(jié)果與討論差及操作工藝繁瑣等缺點(diǎn).3.1反應(yīng)條件選擇本工作采用自乳化機(jī)理，通過在聚氨酯鏈段上引入親水基團(tuán)并加酸成鹽后經(jīng)強(qiáng)力剪切使其乳化的方法，合3.1.1親水?dāng)U鏈劑的選擇成了一種新型單

6、組分陽離子型水性聚氨酯涂料，此種涂聚氨酯的水性化主要可以通過強(qiáng)制乳化和自乳化[7]料穩(wěn)定性好，涂抹工藝簡單，經(jīng)測試性能符合要求，有兩種方法實(shí)現(xiàn)，本實(shí)驗(yàn)采用自乳化法即在聚氨酯鏈段較廣泛的應(yīng)用前景.上引入親水性基團(tuán)的方法實(shí)現(xiàn)水溶性，合成了陽離子型水性聚氨酯乳液.實(shí)驗(yàn)中采用的擴(kuò)鏈劑為N?甲基二乙2實(shí)驗(yàn)醇胺，一方面它能夠提供水溶性所需要的季銨鹽基團(tuán)，2.1原料及儀器另一方面它對聚合反應(yīng)也有一定的催化作用.本實(shí)驗(yàn)也原料：甲苯?2,4?二異氰酸酯(TDI?80，工業(yè)級(jí)，上曾嘗試過以二乙醇胺和三乙醇胺等作為親水劑，實(shí)驗(yàn)效收稿日期：

7、2004?05?17，修回日期：2004?07?20基金項(xiàng)目：山東省優(yōu)秀中青年科學(xué)家獎(jiǎng)勵(lì)基金資助項(xiàng)目(編號(hào)：03BS081)作者簡介：丁彩鳳(1969?)，女，山東省龍口市人，講師，博士，主要從事高分子聚合方向的研究；張書圣，通訊聯(lián)系人..302過程工程學(xué)報(bào)第5卷果均不理想，前者由于胺基氫和NCO基團(tuán)的反應(yīng)活性應(yīng)生成脲鍵從而影響聚氨酯樹脂的耐沖擊性和柔韌性比羥基氫大得多，使擴(kuò)鏈反應(yīng)不能很好進(jìn)行，而后者由等機(jī)械性能.于是三官能團(tuán)的擴(kuò)鏈劑，使反應(yīng)聚合太快，難以控制，3.1.3親水?dāng)U鏈反應(yīng)的溫度和時(shí)間并導(dǎo)致最后一步基本不能

8、乳化.經(jīng)過多次重復(fù)實(shí)驗(yàn)，證在這一步反應(yīng)中，如果溫度高于50℃則會(huì)發(fā)生膠明用N?甲基二乙醇胺作為親水?dāng)U鏈劑進(jìn)行反應(yīng)的效果凝，生成彈性體，得不到需要的產(chǎn)物；而如果溫度低于穩(wěn)定，每次得到的產(chǎn)品水溶性和穩(wěn)定性都較好.40℃，則會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)物親水性不好，且會(huì)使最終產(chǎn)物顆粒3.1.2預(yù)聚反應(yīng)的溫度和時(shí)間太大，不能穩(wěn)定存放.從表1數(shù)據(jù)可以看出，親水?dāng)U鏈一般說來，