水性聚氨酯拉伸性能的研究

水性聚氨酯拉伸性能的研究

张禹;鲁艳;孙红光;张婉蓉;万凯;艾照全

【摘要】以2,4-甲苯二异氰酸酯(TDI)、聚醚二元醇(N210,Mn=1 000)为主要原料,以二羟甲基丙酸(DMPA)为亲水扩链剂,以一缩二乙二醇(DEG)为小分子扩链剂,以三乙胺(TEA)和强碱(NaOH)为中和剂,采用逐步预聚法,制备出了水性聚氨酯乳液,分别讨论了—NCO/—OH比值、DMPA含量及不同扩链剂种类等因素对其力学性能的影响.%In this paper,the waterborne polyurethane (WPU) emulsion was prepared by stepwise polymerization with 2,4-toluene diisocyanate (TDI) and propylene glycol polyether (N210,Mn=1000) as the main raw materials,the dimethylol propionic acid (DMPA) as the hydrophillic chain extender,the diethylene glycol (DEG) as small molecular chain extender,the mixture oftriethylamine (TEA) and sodium hydroxide (NaOH) to a scale as the neutralizer.The effects of the factors,such as R value (n-NCO/n-OH),the contents of DMPA and different kinds of small molecular chain extenders,on the tensile properties of WPU were studied.

【期刊名称】《粘接》

【年(卷),期】2017(000)005

【总页数】4页(P41-44)

【关键词】水性聚氨酯;制备;力学性能

【作者】张禹;鲁艳;孙红光;张婉蓉;万凯;艾照全

【作者单位】有机功能分子合成与应用教育部重点实验室,湖北大学化学化工学院,

湖北武汉430062;有机功能分子合成与应用教育部重点实验室,湖北大学化学化工

学院,湖北武汉430062;有机功能分子合成与应用教育部重点实验室,湖北大学化学

化工学院,湖北武汉430062;有机功能分子合成与应用教育部重点实验室,湖北大学

化学化工学院,湖北武汉430062;有机功能分子合成与应用教育部重点实验室,湖北

大学化学化工学院,湖北武汉430062;有机功能分子合成与应用教育部重点实验室,

湖北大学化学化工学院,湖北武汉430062

【正文语种】中文

【中图分类】TQ331.4

近年来，无污染、环境友好型水性聚氨酯成为研究热点[1，2]。由于其独特的分子结构及聚集状态，使得水性聚氨酯胶膜具有优异的力学性能、柔韧性、耐磨性、附着力、耐老化性和耐化学品性等特点，可广泛用于印染[3]，轻纺[4]、皮革加工[5]、胶粘剂、涂料、木材加工[6]、造纸和建筑等行业[7]。缺点是其力学性能、耐水性

比溶剂型聚氨酯差。近年来，在改善水性聚氨酯性能方面有大量研究报道，诸如降低亲水基团含量，增大乳液粒径，采用强力机械分散增加乳液贮存稳定性，改善乳液对涂膜基材表面的润湿性、黏附力等等[8～10]，但对其力学性能的研究不多。

本研究以2, 4-甲苯二异氰酸酯（TDI）、聚醚二元醇（N210，Mn= 1 000）为主要原料，以二羟甲基丙酸（DMPA）为亲水扩链剂，以一缩二乙二醇（DEG）为

小分子扩链剂，以三乙胺（TEA）和强碱（NaOH）按一定比例混合作中和剂，采用逐歩预聚法，制备了多元粒径分布的、具有较高固含量和稳定性、黏度较低的水性聚氨酯乳液，并对其力学性能进行了研究。

1.1 实验原料

聚醚二元醇（N210，Mn= 1 000），工业级，江苏骄阳化工有限公司；2, 4-甲苯

二异氰酸酯（TDI），工业级，武汉市江北化工公司；2, 2-二羟甲基丙酸（DMPA），化学纯、一缩二乙二醇（DEG）、三乙胺（TEA）、乙二胺（EDA）、N, N-二甲基酰胺（DMF）、氢氧化钠（NaOH）、氢氧化钾（KOH）、丙酮、

二正丁胺、盐酸（HCL）、无水乙醇、蒸馏水、4A分子筛，均为分析纯，国药集

团化学试剂公司。

1.2 仪器与设备

TGL- 16C型高速离心机，西安予辉仪器有限公司；CMT4104型万能试验机，MTS工业系统（中国）有限公司；SPECTRUM ONE型傅里叶变换红外光谱（FT- IR）分析仪，美国进口；KQ2200DE型超声波分散仪，昆山市超声仪器有限公司；DIAMOND TG/ DTA型热失重（TGA）分析仪，美国PERKIN ELMER公司。

1.3 乳液制备

（1）原料的预处理

先将N210用4A分子筛干燥24 h，再120℃真空干燥2 h；将DMPA在使用前

放入105 ℃干燥箱中干燥4 h；将DEG、TEA和DMF用4A分子筛干燥24 h。（2）乳液的制备

在装有电动搅拌器、回流冷凝管、温度计和氮气进出口的四口烧瓶中，加入干燥好的聚醚二元醇N210，升温至60 ℃后加入TDI，在干燥氮气保护下于60 ℃反应至—NCO含量经二正丁胺滴定达理论值，升高温度至75 ℃再把亲水扩链剂DMPA溶于DMF加到体系中，反应至—NCO含量经二正丁胺滴定达理论值，加入DEG继续反应1 h，得到聚氨酯预聚体，降温至45 ℃左右，在高速搅拌下加

入TEA和NaOH的水溶液（按一定比例混合溶于一定量的蒸馏水中），高速搅拌0. 5 h后得到水性聚氨酯分散液。

（3）—NCO含量的测定

先用干燥的100 mL锥形瓶称取1. 0000 g预聚体，加入10 mL丙酮溶解样品，