水性聚氨酯的合成与性能研究

中;加 入 聚 酯 二 醇S"ot"Stuov;在
%x% 主要原料
干 燥 氮 气 保 护 下;于 一 定 温 度 反 应
聚 酯 多 元 醇 !un’ >===;市 至 4{|} 含 量 达 理 论 值;得 到 预 聚
售#;异佛尔酮二异氰酸酯!"ot";进 体;然后 加 入 适 量 丙 酮 降 低 黏 度;同
钢材 防 锈S纤 维 处 理S塑 料 与 木 材 涂 前用分子筛浸泡X
装S玻璃涂布等领域$%4>&X本文通过 %x< 试验过程
预聚体法合成了一系列水性聚氨酯
在 装 有 电 动 搅 拌 器S回 流 冷 凝
乳液;并对其性能进行了研究探讨X 管S温度 计S氮 气 进 出 口 的 四 口 烧 瓶
% 试验部分
的 温 度E黏 度 及 搅 拌 速 度 的 影 响’但 关键在于链的亲水性即亲水单体的
用量或成盐的离子浓度* 从 图 "可 以 看 出’在 8 系 列 样
品 中’随 着 =>?8 含 量 的 增 加’乳 液的粒径逐渐变小*这主要是由于 亲 水 单 体 用 量 的 增 加’对 粒 径 有 " 个 方 面 的 影 响%2&(一 是 增 加 了 亲 水 性’使粒径 减 小F二 是 总 双 电 层 厚 度 增加和粒子流体动力学体积增加’ 导 致 粒 径 增 大F另 外 由 于 亲 水 性 的 增加而产生的颗粒水膨胀性也能使 粒 径 明 显 增 大’这 种 水 膨 胀 性 随 亲 水 性 的 增 大 而 愈 渐 明 显 *因 此 ’亲 水 单体含量对粒径的影响的综合结果 是’随亲水 单 体 含 量 的 增 加’粒 径 呈 渐 进 式 减 小 ’但 不 能 无 限 地 减 小 *
液 合 成 原 理 性 能 及 应 用 ^北 京Z化 学 工 业 出 版 社 "*664Z262( =<< >2? 李 绍 雄"刘 益 军/聚 氨 酯 胶 黏 剂/北 京 Z化 学 工 业 出 版 社 "*665Z044/ >=? 李 建 宗"李 士 杰/国 外 水 性 聚 氨 酯 研 究 新 进 展/中 国 胶 黏 剂"*66;";B=CZ
中图分类号 M$_>
文献标识码 W
W50%.38% ‘abcd4eafcghijkldcbmanc!‘op#qaffknbmcfrscgqrbmhijkij;"ot"angtuov cbwx"bfhdihcdy
brcfqcdcfblgrcgx"bfmiqcgbmabbmcwinbcnbiztuov angbmcdabriiz{|}]}~ rnzjlcnwcg!rfwifry bk;hadbrwjcfrsc;"cwmanrwajhdihcdbrcfiz‘opx
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陈延娜: 李树材 陈维涛!天津科技大学;天津 <==>>>#
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#,(2).’0 fknbmcfrf qabcd4eafcghijkldcbmanc hdihcdbrcf
随着人们环 保 意 识 的 增 强 和 环 售 #;{4 甲 基 吡咯 烷酮!{uo;分 析
境 法 规 的 完 善;水 性 聚 氨 酯 由 于 其 纯;市售#X
本 身 所具 有 的 无 毒S不 易 燃 烧S无 污 %x> 原料预处理
均 直 径’所 用 主 要 仪 器 有()"$分 光 光度计和阿贝折光仪* "#+ 力学性能测试
将 乳 液 在 玻 璃 板 上 成 膜’在 ,-.的 烘 箱 中 干 燥 至 恒 重’然 后 将 成 膜 物 制 成 哑 铃 状 标 准 试 样’在 /001 2-型 拉 力 实 验 机 上 测 定’拉 伸速度为 "2-334356* "#2 稳定性测试
图 " =>?8 含量对粒径的影响
G IHG
化工材料
中国皮革
第 !0卷
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由图 !可以看出"粒径随 #$%& *4/567-89 :上 升 到 ;/<*3时 的 涂 膜 的 拉 伸 强 度 增 加"断 裂 伸 长 率
表 0 水性聚氨酯的力学性能
样品编号 拉伸强度&,-8 伸长率&3
.*
=2/*6
=*6
.0
=2/42
244
.!
==/**
2=;
.2
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2!0
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增 大"乳 液 的 粒 径 增 大"黏 度 变 小" 涂 膜 的 拉 伸 强 度 增 大"断 裂 伸 长 率 减小)
参考文献
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变少)
的 机 械 强 度 增 大 "断 裂 伸 长 率 减 小 )
2 结论
B*C随 着 +,-. 含 量 的 增 加"
乳液的 粒 径 变 小"黏 度 变 大"吸 水 率
增 加 )制 得 的 膜 拉 伸 强 度 增 大 "断 裂
图 ! #$%&%’ 对粒径的影响
伸长率减小)
从 表 *中 还 可 看 出"随 亲 水 基
8" !#, +#,B 4
8$ !#, +#C+ B#$)
8+ !#, ,#-! B#BC
@! !#+ +#,B )#"B
@" !#, +#,B 4
@$ !#B +#,B )#++
@+ "#- +#,B )#BC
稳定性 测试 通过 通过 通过 通过 通过 通过 通过 通过
$#! 分散性 ?D 水 乳 液 的 分 散 性 受 分 散 时
图 ! 水性聚氨酯的合成过程
比 保 持 一 定’=>?8 的 含 量 逐 渐 增 大*在 @系列中’=>?8 的含量保持 一 定’9:;4;< 的 摩 尔 比 逐 渐 增 大*配方如表 !所示*
表 ! 合成水性聚氨酯乳液的配方
编号
=>?8 9:;4;<
吸水率
4A 4A
8! !#, +#++ )#+)
氨酯粒径增加)
如图 =所示"这可能是由于随 #$%& 增 大"刚 性 链 节"如 氨 基 甲 酸 酯 键1
%’ 值增大"分子链中的硬段含量增 脲键含 量 增 大"柔 性 链 段 含 量 降 低"
大"刚 性 链 段 增 多"分 子 间 相 互 缠 结 以 致 随 A#$%&A%’比 值 的 增 大"涂 膜
>0? \L7 @\"]HHG ,/.TPHFP:QL:O UHW:LFAFSUFVRPWHNE8AH:YFAN8LALAI VFALY8AQAFALFALYERQWFUELVLY:HIO 7HAN:/DFPWA8VFS.UUVLHQ-FVR7HW XYLHAYH"*662B=2CZ*5<6( *5*=
通过离心加速沉降试验模拟乳
液的贮存稳定性*通常在离心机中 以 $ ---74356 的 转 速 离 心 沉 降 !2356后’若 无 沉 淀’可 以 认 为 有 , 个月的贮存稳定期 * %+& $ 结果与讨论
在 试 验 过 程 中’我 们 制 备 了 " 个系列的阴离子水性聚氨酯分散
液’在 8 系 列 中’9:;4;< 的 摩 尔
即随着 #$%&%’ 摩尔 比值 的增大"
下 一 步 的 扩 链"提 高 了 聚 氨 酯 的 分
在 @系 列 样 品 中"随 着 #$%& 涂 膜 的 拉 伸 强 度 增 大"断 裂 伸 长 率
子 量"但乳 化 困 难"最 终 导 致 水 性 聚 %’ 摩 尔 比 的 增 大"黏 度 逐 渐 降 低" 减 小) 显 然"#$%&%’ 的 摩 尔 比 值
!M/3*N/*O*/P,.0/%()1$8/,*8,Q M,8+*)6)R(;M/3*N/*<==>>>#
摘要 关键词
由 聚 酯 多 元 醇 S7TU7SUVTW 等 以 不 同 配 方 合 成 了 水 性 聚 氨 酯 乳 液 ;并 对 其 性 能 进 行 了 研 究 X结 果 发 现 Y UVTW含量SZ[\]\^ 比值均影响水性聚氨酯的黏度S粒径和力学性能等X 合成 水性聚氨酯 性能
: 第一作者简介Y陈延娜;女;%89:年生;硕士研究生
0 210
第 $期
陈延娜等 水性聚氨酯的合成与性能研究JKL
化工材料
MMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMMM
"#$ 平均粒子直径的测定%$& 利用光散射法测定乳液粒子平
%’ 的 增 大 而 增 大"这 可 能 是 由 于 *0!/4=7-89 :"这 与 文 献 >;?所 述 降低)
#$%&%’ 的 摩 尔 比 增 大"使 预 聚 物 的 亲 水 基 团 含 量 越 高"黏 度 越 低 的
@系 列 样 品 也 有 类 似 的 结 果"
中 (#$% 含 量 增 加"从 而 更 有 利 于 结论相反)
量 的 增加"黏 度 增 大"这 可 能 是 由 于 +,-. 含 量 升 高"聚 合 物 分 子 链 上 的 离 子 及 反 离 子 增 多"电 凝 滞 效 应 增 强 "粒 子 流 体 动 力 学 体 积 增 加 )黏 度 由 +,-. 含 量 为 2/223时 的
水性体系的黏度受粒度及其分
布1颗 粒 间 的 相 互 作 用 及 水 溶 胀 性 的 影 响"因 此"凡 影 响 粒 径 的 各 种 因 素都影响黏度)
图 = #$%&%’ 对黏度的影响
!/! 力学性能 水性聚氨酯分子链是由化学性
质 明 显 不 同 的 软 段 和 硬 段 组 成"其
力学性能如表 0所示)
口#;二 羟 甲 基 丙 酸 !tuov;进 口 #; 时加入 ()v 中和成盐X而后冷却加
三 乙 胺 !()v;分 析 纯;市 售 #;二 元 水 乳 化;同 时 加 入 二 元 胺 扩 链;得 到
胺 !分析 纯;市 售#;丙 酮 !分 析 纯;市
阴 离 子 水 性 聚 氨 酯 分 散 液;最 后 减 压蒸出丙酮X合成过程如图 %所示X > 性能测试 >x% 吸水率的测定
染S节能S安 全 可 靠 及 涂 饰 表 面 不 易
聚 酯 在 真 空 干 燥 箱 中了 迅 速 发 展; tuov 在使用前干燥+三乙胺S二元
成功 地 应 用 于 皮 革 涂 饰S纸 张 涂 层S 胺S丙 酮 及 {4 甲 基 吡 咯 烷 酮 使 用
8含量的增加乳液的粒径逐渐变小这主要是由于亲水单体用量的增加对粒径有个方面的影响2一是增加了亲水性使粒径减小f二是总双电层厚度增加和粒子流体动力学体积增加导致粒径增大f另外由于亲水性的增加而产生的颗粒水膨胀性也能使粒径明显增大这种水膨胀性随亲水性的增大而愈渐明显因此亲水单体含量对粒径的影响的综合结果是随亲水单体含量的增加粒径呈渐进式减小但不能无限地减小图
B0C随着 #$%&%’ 摩 尔 比 值 的
团 含 量的 增 加"涂 膜 的 吸 水 率 增 大) 故 应 根 据 实 际 需 要"选 择 合 适 的 +,-. 含量)再者"#$%&%’ 增大" 硬 段 含 量 升 高"由 于 水 较 易 渗 入 硬 段 "故 吸 水 率 也 是 增 大 的 ) !/0 黏度
第 <>卷 第 <期
中国皮革
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水性聚氨酯的合成与性能研究!"#
聚氨酯组成对其性能的影响
将 乳 液 干 燥 成 膜;恒 重 后 称 重; 在室温 下放入 蒸馏 水 中 浸 泡 >*m后 取出;用滤 纸 吸 干 表 面 水 痕 后 称 重; 按下式计算吸水率Y
吸水率],’ "4"="=-%==, 式 中 "=S" 分 别 为 膜 浸 泡 前S 后的质量X >x> 黏度的测定 将 乳 液 配 制 成 同 一 固 含 量;在 室温下用 {./4%%v 型旋转黏度计 测定X
@0
=2/42
244
>!? 曹 同 玉"刘 庆 普"胡 金 生/聚 合 物 乳
图 2 +,-. 含量对黏度的影响
从 图 2可 看 出"随 着 +,-. 含
@!
=2/65
260
@2
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220
在 . 系 列 样 品 中"随 着 +,-. 含 量 的 增 大"涂 膜 的 拉 伸 强 度 呈 上 升趋势)拉伸强度由 +,-. 含量的