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聚脲分散体的合成与性能研究

刘艳华  
【摘要】:聚脲技术被喻为继高固体分涂料、水性涂料、粉末涂料之后又一重大技术进步。聚脲体系相对于聚氨酯体系的最大特点在于反应快,具有节能和高效的特点。然而,目前的聚脲技术都是以溶剂型或者无溶剂型的弹性体为主,还有一些专利报道的是聚氨酯-聚脲体系,水性纯聚脲分散体在国内还尚未见报道。 本文通过两种方法制备了两种水性聚脲分散体。第一种方法是以马来酸二丁酯(DBM)和己二胺(HDA)为原料,通过Michael加成反应合成了天冬氨酸酯二聚物(AE);AE与己二异氰酸酯(HDI)反应制得含末端仲胺和乙内酰脲环的聚天冬氨酸酯聚脲低聚物(PAE);然后以N-(2-氨基乙基)-2-氨基乙磺酸钠(AAS)为亲水单体,以PAE、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、乙二胺(EDA)为原料,采用丙酮法成功合成了磺酸盐型聚天冬氨酸酯聚脲分散体(PUD)。 采用FT-IR和1HNMR表征了AE和PAE的结构;聚脲分散体的ζ电位处于-48~-58 mV之间,具有良好的稳定性;随着亲水单体含量的增加,分散体黏度增加,平均粒径减小;TEM结果显示分散体胶粒为大小不一的球形结构,呈多元分布;拉伸实验表明聚脲分散体胶膜断裂伸长率大于450%;邵氏硬度在40~50之间;TGA显示其起始分解温度约为200℃,至450℃聚合物基本分解完毕。 第二种方法是采用聚乙二醇单甲醚对多异氰酸酯HDI三聚体进行非离子亲水改性,然后在水中与同样溶于水的聚醚胺反应,即可制得聚脲分散体PUD。研究了亲水单体的相对分子质量对改性多异氰酸酯的影响,同时表征了聚脲乳液及膜的性能。 选择MPEG1200对多异氰酸酯进行亲水改性效果较好,而且该方法制得的亲水改性多异氰酸酯的适用期为4h。聚脲分散体平均粒径在100~150nm,呈规则球形结构,单峰分布。胶膜的玻璃化温度较高,嵌段聚脲内部存在两相分离的微观结构。由不同温度下聚脲胶膜的储能模量之比表征聚脲胶膜的温度敏感性较小。TGA表明聚脲胶膜于300℃左右开始分解,具有良好的热稳定性。硬度和吸水率表明此方法合成的聚脲胶膜硬度较高,耐水性较差。


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