水性聚氨酯分散体的合成研究

【摘要】： 建立在对环保法规的认识与对环境保护的关注，尽管聚氨酯材料有十分优异的综合性能，但溶剂型体系的高VOC含量仍是人们所要尽力回避领域，在此基础上，聚氨酯的水性化应运而生，并在近几年得到了快速发展，本文在对国内外文献分析研究的基础上，从水性聚氨酯的合成入手，利用含多官能活性基团的化合物的结构特征，形成具有自乳化能力的各类聚氨酯水溶物或分散体。通过对反应条件的优化，得到了贮存稳定性超过一年以上的稳定水分散液，其贮存稳定性达到国内外同类化合物的先进水平。 首先，本课题通过正交实验和一系列单因素平行实验对水性聚氨酯分散体合成工艺进行了考察，研究了异氰酸酯指数、DMPA含量、扩链剂含量、固体份含量、中和度、反应时间、反应温度、加料顺序等因素与储存稳定性、粘度、颜色、透明性等水性聚氨酯分散体的性质的关系。合成了聚氨酯塑性和交联型单组分体系及双组分体系产品。并对不同体系的产品利用红外、DSC和TG手段分别进行了表征，对比显示了各自体系的结构特征和性能之间的关系。 多元醇的结构是本文讨论的—个重要方面。聚醚330是一个含支链的多元醇高聚物，本身对水具前盼的亲和性。但由于其分子链较长，与-NCO的反应活性同水分子与-NCO的反应活性的竞争是影响聚氨酯合成的主要因素。有鉴于此，为了得到贮存稳定、性能优异的聚合物分子，本文分别从预聚温度、预聚时间、中和度、亲水基团含量等多个角度考察了各个影响因素的相关性，我们认为： (1)DMPA的含量是—个比较关键的因素，较高的DMPA含量的产品分子量较小，较低的DMPA含量会导致产品粘度大，水溶性不好。 (2)异氰酸酯指数的大小决定了产品中软、硬段的含量比和产品类别，不同异氰酸酯指数的稳定产品的DMPA含量有不同。当异氰酯指数小于1时生成的聚合物活性氢有剩余；一般异氰酸酯指数大，则DMPA含量要高。当异氰酸酯指数大于2时生成的聚合物交联度相对较高。 (3)反应时间和温度一般不是敏感因素，但对反应有影响。预聚时间2h时，反应温度在93±2℃。 (4)预聚物稳定性的容忍度与中和度关系不大。 (5)对单组分结构的分析和对其成膜物进行了耐溶剂性实验，实验表明，单组分体系的耐溶剂性能与体系交联程度密切相关，对应于异氰酸酯指数的影响最大。 聚酯多元醇在结构上没有聚醚多元醇的亲水特征，但其结构为线型体系，这就决定了聚酯聚氨酯体系合成条件的差异性。本文通过对各反应基团化学活性的考察分析得到了弹 郑州大学硕士学位论文 性己既门D1、弹性己骆Pm等一系列水分散恫款莅的聚的孵陇，结构分析表明，其软硬 段的分离现象没有聚醚多元醇的严重，体现在彩 硬段的玻璃化温度差异缩小，另外，聚 酪分了中由于极性较大，导致在水相中的氢链堕渡赠大，以致对粘度，贮存稳定性等产生 影响。对于聚酯体系，由于超丑L无支化的活栏多官能度存在，即使民较大，交联度仍然 ③6。 经过耐溶剂实验和热分析，till％了微相分离＄吟沮黠构的存在。 不同的小汇Oop对反应活性的影响区S 巨大。本文分s04察了IDI、IPD这两组 在空间位阻、极性隽芍预不同、造赂M刀活性不同的化合物对反应过程的不同推动性， 主要体现在反应温度、预聚时间上的差异及亲水状况卜的不同。 对于ol，JMnO直接联综在苯环t，受苯环的影响，NCO的活性增大，尽管存在位 阻效应，fEj．rgu－－＊＊x＊＊m应与吸电子效应相比处汗秘逐的地位，体现在反应伦程中，相同的反 应条件下s俩啦子变粗，稳定性下降。 而对IPD，（NC＊瞧的是一叫包和B猢结构，空间跳旦是飘g回达重率的主要因素， 同时第二个NCO的反应K憾暇一个0腰忡9多。造成预聚时即使存在催化剂，预聚时 间仍较长，同时随着分子链段的增长，这利咽应堕碍n困难，所以TDI而言，预聚物一 般分6。 DSC 明：TD［聚酯体系产物开始发生热分解的温度比IPDI聚酯饰系产物在发牛 热分解咖旯度i氏，这是111于苯环的作用，使酗阂剥宴陶氏，聚合物的热稳定性下降n而IPDI 聚醚体系产物在更高的温度才开始热分解，具有较好的热稳定性n 综h听述，通过本实验，得出了不同体系的工艺参数，结夫吧戮b讨冗时典型产物艘用 红夕卜DSC、TG等子讨斤手段进行了结构表征c

【学位授予单位】：郑州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2002
【分类号】：TQ323