有机硅改性水性聚氨酯

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研究内容
样品性能和结构表征测试
乳液粘度测试 乳液固含量测试 乳液性能测试 乳液粒径大小和粒径分布测试 凝胶色谱法（GPC）测定聚合物相对分子质量及其分布 透射电子显微镜（TEM）观察水分散体的多相结构等微观形貌 扫描电镜（SEM）观察胶膜断面的微观形貌 示差扫描量热分析（DSC）法分析聚合物的玻璃化温度的变化 热重法（TG）分析聚合物的热分解性能 表面ESCA能谱分析 傅里叶变换红外光谱分析 核磁共振测试分析 胶膜拉伸强度和断裂伸长率测试 胶膜剥离强度测试 胶膜耐水耐溶剂性、水接触角、吸水率测试
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文献中已有的研究结果及其分析
R值对结构和性能的影响 当n [NCO] / n [OH] 值比较小时, 预聚物的分子质量较 大, 一条分子链可能穿越多个聚集体易生成交联的大分 子不仅导致体系黏度增加, 容易产生凝胶, 影响预聚体 的质量,还阻碍了相转变的发生反之, n [NCO] / n[OH] 值比较大时, 预聚体的分子质量较小, 无法满足所需的 力学性能要求。实验证明：当预聚阶段的n [NCO] / n [OH] 值为1.3时为佳。
有机硅对相分离的影响
图2 有机硅对相分离的影响
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文献中已有的研究结果及其分析
有机硅对耐热性的影响
图3 纯聚氨酯的TGA曲线
图4 有机硅质量分数为3%的聚 氨酯的TGA曲线
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文献中已有的研究结果及其分析
2.扩链
3.亲水扩链
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改性水性聚氨酯的合成
4.季铵化
5.乳化分散
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研究内容
主要研究内容
加料顺序
乳液外观、稳定性、粒 径、粒径分布、 胶膜 力学性能、耐溶剂和耐 水性、耐热性、水接触 角、吸水率
源自文库
有机硅含量
乳液外观、稳定性、粘 度、固含量、粒径、粒 径分布、 玻璃化温度、 聚合物分子量及其胶膜 力学性能、耐溶剂和耐 水性、耐热性、结晶性、 水接触角、吸水率
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研究内容
主要研究内容 乳液外观、稳定性、粘 度、固含量、胶膜力学 性能、耐溶剂和耐水性、 耐热性、水接触角、吸 水率
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有机硅共聚改性水性聚氨酯乳液的 研究
专业：材料学 导师：杜宗良
学生：李楚璇
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有机硅共聚改性水性聚氨酯乳液的研究
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研究目的
改性水性聚氨酯的合成
课题主要研究内容初步计划
文献中已有的研究结果及其分析
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有机硅
有机硅（silicone)，即有机硅化合物，是指含 有Si-O键、且至少有一个有机基团直接与硅原 子相连的化合物，习惯上常把那些通过氧、硫、 氮等使有机基团与硅原子相连接的化合物也当 作有机硅化合物。其中，以硅氧键（-Si-0-Si-） 为骨架组成的聚硅氧烷，是有机硅化合物中为 数最多，研究最深、应用最广的一类，约占总 用量的90%以上。
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改性水性聚氨酯的合成
方法二：后加料方式 首先将以一定比例混合的聚氧化丙烯二醇( PPG) 与TDI 在以适量丙酮为溶剂的体系中进行反应, 制备出端基为NCO基团的预聚体; 预聚体再与 1,4-丁二醇( BDO) 、羟基聚硅氧烷、2, 2-二羟 甲基丙酸( DMPA) 反应并扩链,扩链产物以三乙 胺( TEA)中和后经强力乳化, 再与乙二胺( EDA) 反应进一步扩链, 真空脱溶等过程, 最后合成出 一种新型的水分散有机硅-聚氨酯( SI-PU) 共聚 物乳液。
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研究目的
利用有机硅改性水性聚氨酯的原因
水性聚氨酯
由于水性聚氨酯分子链中含有亲水基团导致其 耐水性较差 线性的水性聚氨酯分子链形成的材料，其耐溶剂性及机械性能也不理想 手感发粘
有机硅
具有耐低温、耐气候老化、电器绝缘、耐臭氧、憎水、难燃、生理惰性 具有疏水性能和较低的表面能 有机硅聚合物还能赋予涂层杰出的柔软性和爽滑的手感 硅氧烷基团在水的存在下可以产生水解缩合反应形成的—Si—O—Si—键十 分稳定，并且形成交联结构，可以有效地提高材料的耐溶剂性能以及机械性 能
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文献中已有的研究结果及其分析
有机硅含量对吸水率的影响
表2有机硅含量对吸水率的影响
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文献中已有的研究结果及其分析
有机硅含量对乳液稳定性的影响
表3有机硅含量对乳液稳定性的影响
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文献中已有的研究结果及其分析
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文献中已有的研究结果及其分析
DMPA含量对胶膜力学性能的影响
图5 DMPA用量对胶膜力学性能的影响
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文献中已有的研究结果及其分析
环境温度对胶膜性能的影响
Fig.6 Water contact angle of Si-PU at different temperatures
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改性水性聚氨酯的合成
去离子水
多异氰酸酯
羟基聚硅氧烷
主要原料
低聚物多元醇
扩链剂
DMPA
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改性水性聚氨酯的合成
合成方法 方法一：前加料方式 首先将以一定比例混合的聚氧化丙烯二醇( PPG) 和羟基聚硅氧烷与TDI 在以适量丙酮为溶剂的 体系中进行反应, 制备出端基为NCO基团的预 聚体; 预聚体再与1,4-丁二醇( BDO) 、2, 2-二 羟甲基丙酸( DMPA) 反应并扩链,扩链产物以三 乙胺( TEA)中和后经强力乳化, 再与乙二胺 ( EDA) 反应进一步扩链, 真空脱溶等过程, 最后 合成出一种新型的水分散有机硅-聚氨酯( SIPU) 共聚物乳液。
不同加料方式对结构和性能的影响
后加料方式使有机硅在PU分子中分布较集中，少量有机硅就能形 成聚硅氧烷的富集区，随着有机硅加入量的增加胶膜憎水性提高， 接触角增大，而继续增加有机硅，相分离会显著，表面不均匀作 用更突出，接触角随即又降低。 前加料方式使得Si在聚合物中分布较均匀，胶膜的水接触角随有 机硅的用量增加而增大，随着表面的Si含量趋于饱和,水接触角维 持一稳定值不再增大
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改性水性聚氨酯的合成 主要反应
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改性水性聚氨酯的合成
以前加料方式为例为大家介绍有机硅改性水性 聚氨酯的主要反应历程
1.预聚体的制备
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改性水性聚氨酯的合成
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文献中已有的研究结果及其分析
图1 有机硅改性阴离子水性聚氨酯的FTIR谱图
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文献中已有的研究结果及其分析
有机硅含量对力学性能的影响
表1有机硅含量对力学性能的影响
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R值
DMPA含量
乳液外观、稳定性、胶 膜力学性能、耐溶剂和 耐水性、耐热性、水接 触角、吸水率
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研究内容
主要研究内容
环境温度
乳液外观、稳定性、粘 度、胶膜力学性能、耐 溶剂和耐水性、耐热性、 水接触角、吸水率
中和度
乳液外观、稳定性、胶 膜力学性能、耐溶剂和 耐水性、耐热性、水接 触角、吸水率