《論文_水性聚氨酯改性的研究(定稿)》

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1、摘要：對單組分水性聚氨酯在微交聯(lián)改性的前提下，通過共混或共聚引入有機(jī)硅以及納米等新技術(shù)的應(yīng)用,提高水性聚氨酯的綜合性能。關(guān)鍵詞：水性聚氨酯；交聯(lián)；有機(jī)硅；納米；改性前S聚氨酯涂料以其成膜強(qiáng)度高、彈性好、耐候性、耐磨性優(yōu)良等特點，廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域,受到用戶的普遍重視。然而，溶劑型聚氨酯涂料含有有毒、易燃的有機(jī)溶劑，嚴(yán)重污染環(huán)境、危害人類健康，也是造成火災(zāi)的隱患。1972年徳國Bayer公司率先開發(fā)了水性聚氨酯。與溶劑型聚氨酯相比,水性聚氨酯使用時無毒、無污染、不燃燒、價廉，還具有-?般溶劑型聚氨酯的優(yōu)點，是很有前途的“綠色材料”。聚氨酯系由

2、多界氟酸酯、含活潑氫的多元醇（胺）共聚得到的高分子化合物,其分子鏈木身是疏水的，為得到水性聚氨酯，早期是利用乳化劑將疏水的聚氨酯通過高速攪拌強(qiáng)制分散于水（外乳化）,其乳液粒徑粗、不穩(wěn)定，成膜后由于乳化劑殘留于膜內(nèi)，使膜親水、物性差。改進(jìn)的方法（也即目覦中國涂料人1普遍采用的內(nèi)乳化）是在聚氨酯主鏈引入親水基形成自（內(nèi)）乳化水性聚氨酯，該法制得的聚氨酯性能雖有很大改善，但與溶劑型聚氨酯相比，耐水性及物性不足。為克服內(nèi)乳化法制得的PU乳液成膜物吸濕率大的固有缺陷，提高-其耐水性最有效的方法就是交聯(lián)［1］。而對于單組分體系，內(nèi)交聯(lián)程度太大乳液不穩(wěn)定

3、，僅通過內(nèi)交聯(lián)不能使涂膜的耐水、耐濕擦等性能有很大的改善［2］。鑒于此，本文對水性聚氨酯實施多重改性，以期提高水性聚氨酯的綜合性能。2實驗部分2?1主要試劑工業(yè)品：2,2-二輕甲基丙酸(DMPA)、三甲醇內(nèi)烷(TMP)、2,4-甲苯二異鍬酸酯(TDI)、1,6-己二異氤酸酯(HD1)以及聚瞇(酯)和活性聚二甲基硅氧烷(PDMS)等；分析純試劑：丙酮、乙二胺(EDA)、二乙三胺(DE-TA)和三乙胺(TEA)等。2.2聚氨酯乳液及改性聚氨酯乳液的制備2?2?1聚氨酯乳液方法A:在一裝有攪拌器、回流冷凝器等的500ml四口燒瓶中，加入一定配比的

4、聚瞇(酯)二元醇，油浴升溫至120°C，真空脫水lh,降溫至50°C?60°C，滴加計量的二異氧酸酯,控制反應(yīng)溫度低于100°C，滴加完后維持70°C?80°C恒溫反應(yīng)直至用二正丁胺法，分析預(yù)聚物-NC0值接近于理論值，再降溫至50°C?60°C，加入DMPA、TMP等和丙酮擴(kuò)鏈反應(yīng)2h?4h,降溫至50°C以下，分別用一定量TEA和蒸錨水進(jìn)行中和、乳化，最后減壓蒸謂除去丙酮，即得到固含量為20%?30%的藍(lán)光均勻乳液PU"IO方法B:在一裝有攪拌器等的500ml四口燒瓶中，加入脫過水的聚儲(酯)二元醇、DMPA、DMF和丙酮,升溫至80°

5、C,滴加一定比例的二界氧酸酯,恒溫反應(yīng)直至用二正丁胺法分析-NC0值接近于理論值，降溫至50°C以下，分別用一定量TEA、EDA或DETA和蒸憎水進(jìn)行屮和、擴(kuò)鏈、乳化，最后減壓蒸憾除去丙酮，即得到固含雖為20%?30%的藍(lán)光均勻乳液PU-2o2.2?2硅油乳液將一定量的乳化劑及助乳化劑用蒸綢水溶解投入三口瓶中，攪拌升溫至50°C,乳化30min,然后升溫至80°C，加入I)4反應(yīng)6h?8h,攪拌冷卻至50°C以下，用10%Na2CO3溶液屮和至pH6?7,得到陰離子疑基硅汕乳液。2.2?3聚氨酯改性乳液(1)有機(jī)硅PU共混乳液的制備，將制備

6、的聚氨酯乳液與硅油乳液按不同比例混合，得到一系列有機(jī)硅PU共混乳液；(2)有機(jī)硅PU共聚乳液的制備，在一裝有攪拌器等的500ml四口燒瓶中，加入脫過水的聚讎(酯)二元醇、PDMS，加入一定比例的二異氛酸酯,維持70°C?80°C恒溫反應(yīng)直至用二正丁胺法分析-NC0值接近于理論值，再降溫至50°C?60°C,加入DMPA、TMP等和丙酮擴(kuò)鏈反應(yīng)2h?4h,降溫至50°C以卜，分別用一定量TEA和蒸懾水進(jìn)行中和、乳化,最后減壓蒸謂除去丙酮,即得到固含量為20%?30%的藍(lán)光均勻乳液。2?3納米材料改性聚氨酯乳液及其涂料的制備將制備的聚氨酯乳液在

7、攪拌下，加入一定量的納米氧化硅預(yù)分散體，得到納米改性聚氨酯乳液；將得到的聚氨酯乳液、納米改性聚氨酯乳液分別與膠體(顏料、填料及助劑的分散體)、助劑混合均勻即得到涂料產(chǎn)品。3結(jié)果與討論3.1擴(kuò)鏈交聯(lián)劑方法A與方法B的主要區(qū)別在于擴(kuò)鏈交聯(lián)劑不同，前者用低分子多元醇，后者用低分子多元胺作為擴(kuò)鏈交聯(lián)劑。胺類擴(kuò)鏈劑活性高、擴(kuò)鏈速度快，可在較低溫度或常溫下擴(kuò)鏈。從表1可看出，用多元胺作擴(kuò)鏈交聯(lián)劑得到PU乳液膠膜的強(qiáng)度更好。PU分子鏈中含有人量的-C二0基、-NII基、-0-等極性基團(tuán)，其中N、0原子的電負(fù)性很大，可以通過H原子締合而形成氫鍵。對于聚瞇型

8、服氨酯來說,-NH帶正電荷,是質(zhì)子給予體，而-C-0-C氨酯撥基-NH-CO-0-和腺媒基-NH-CO-NH-帶負(fù)電荷，是質(zhì)子接受體，他們之間可以形成三種不同類型的氫鍵。表I交聯(lián)