有机硅改性形状记忆水性聚氨酯的制备

有机硅改性形状记忆水性聚氨酯的制备

官慧;艾娇艳;卢子铿;卢杨陆;林洁明

【摘要】将形状记忆水性聚氨酯用不同的硅烷偶联剂和端羟基硅油进行改性,并研

究其改性前后的性能.结果表明:当硅烷偶联剂的质量分数为1%时,材料具有良好的

力学性能、形状记忆性能和耐水性能;改性后,材料的形状固定率均为100%,形状回

复率为96%以上;经硅烷偶联剂KH570改性的形状记忆水性聚氨酯的拉伸强度为49.96 MPa,较未改性体系提高了18.42%;端羟基硅油改性使材料质量损失50%的

温度从370.21 ℃提高到378.13 ℃.%The shape-memory waterborne polyurethane(PU)was modified with different silicane coupling agents and hydroxyl-terminated silicone oil and whose performances before and after modification were tested. The results show that the material performs excellently in mechanical properties,shape memory and water resis-tance when the mass fraction of silicane coupling agent is 1%. The shape fixation rate is 100%,the shape reco-very rate is more than 96% after modification. The tensile strength of shape-memory waterborne PU modified by KH570 reaches 49.96 MPa,18.42% higher than that of unmodified system. The 50% weight loss temperature of the material modified by hydroxyl-terminated silicone oil is increased from 370.21 to 378.13 ℃ .

【期刊名称】《合成树脂及塑料》

【年(卷),期】2018(035)001

【总页数】4页(P20-22,29)

【关键词】水性聚氨酯;有机硅;形状记忆;改性

【作者】官慧;艾娇艳;卢子铿;卢杨陆;林洁明

【作者单位】广东工业大学材料与能源学院,广东省广州市 510006;广东工业大学材料与能源学院,广东省广州市 510006;广东工业大学材料与能源学院,广东省广州市 510006;广东工业大学材料与能源学院,广东省广州市 510006;广东工业大学材料与能源学院,广东省广州市 510006

【正文语种】中文

【中图分类】TQ323.8

形状记忆水性聚氨酯在合成的过程中以水代替溶剂，减少了有机溶剂的挥发，符合当今环保要求［1-4］。形状记忆水性聚氨酯具有形状记忆性能、热稳定性等，而且在弹性模量、热膨胀性能和光学性能等方面的独到之处，使其在多领域得到实际应用［5-8］。在合成过程中，引入亲水基团使水性聚氨酯胶膜的表面疏水性和耐水性较差，限制了水性聚氨酯的应用。有机硅一般是指分子结构中含有硅元素的有机杂化物，含有较多的Si—O，赋予其良好的耐热性、耐候性和憎水性等［9-11］。有机硅改性水性聚氨酯可有效提高材料热老化性能、表面疏水性和耐水性。本工作采用不同的硅烷偶联剂和端羟基硅油改性合成了形状记忆水性聚氨酯，并研究了其改性前后的性能。

1 实验部分

1.1 主要原料

聚己二酸1,4-丁二酯（PBA），工业级，青岛宇田化工有限公司生产。异佛尔酮

二异氰酸酯（IPDI），2,2-双羟甲基丙酸（DMPA），二月桂酸二丁基锡：均为分

析纯，阿拉丁试剂有限公司生产。三乙胺（TEA），无水乙二胺（EDA），N,N-

二甲基甲酰胺（DMF），丙酮：均为分析纯，天津大茂化学试剂厂生产。硅烷偶

联剂KH550，KH560，KH570：均为工业级，广州拓亿贸易有限公司生产。端羟基硅油JC-209，工业级，相对分子质量约2 000，广州聚成兆业有机硅原料有限

公司生产。

1.2 试样制备

水性聚氨酯的合成：1）将60.00 g的PBA和3.00 g的DMPA加入到带有搅拌

器的三口烧瓶中，加入DMF作溶剂使其溶解。然后加入16.02 g的IPDI和质量

分数为0.1%的二月桂酸二丁基锡作催化剂，升至80 ℃，恒温反应至异氰酸根含

量达到理论值（3.2%），反应时间约3.0 h。反应结束后，降至40℃，加入2.26 g的TEA中和0.5 h，并加入丙酮调节黏度，即可得到水性聚氨酯预聚体。2）将

水性聚氨酯预聚体冷却至30 ℃，并加入150 g去离子水在高速搅拌状态下乳化

15 min，加入0.34 g的EDA扩链1.0 h，减压蒸去丙酮，得到水性聚氨酯乳液。硅烷偶联剂改性水性聚氨酯的合成：在步骤1）获得的水性聚氨酯预聚体中，加入计量的硅烷偶联剂，然后按步骤2）继续反应得到得到硅烷偶联剂改性水性聚氨酯。端羟基硅油JC-209改性水性聚氨酯的合成：在步骤1）合成预聚体的过程中加入计量的JC-209，然后按步骤2）继续反应得到端羟基硅油改性水性聚氨酯。

1.3 分析测试

形状记忆性能采用拉伸法测试，将聚氨酯胶膜裁成长度为30 mm（记作L0）的哑铃状，于80 ℃拉长至60 mm（记作L1），然后放入冰水中冷却定形。撤除外力，待样条长度不变后记录样条长度（记作L2）。以5 ℃/min升温至80 ℃，记录随着温度变化样条的长度（记作Li）。按式（1）～式（2）计算形状固定率与形状

回复率。