【碩士】脂肪鏈改性水性聚氨酯的合成及其性能研究

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　　【碩士】脂肪鏈改性水性聚氨酯的合成及其性能研究　　授予學(xué)位：碩士　　學(xué)位授予單位：安徽大學(xué)　　學(xué)位年度：2010　　隨著人們環(huán)保意識(shí)的日益加強(qiáng)，聚氨酯的水性化成了必然趨勢。水性聚氨酯既具有溶劑型聚氨酯的優(yōu)異性能，同時(shí)其以水為溶劑，無毒、不燃、節(jié)能、施工方便，近十幾年來關(guān)于水性聚氨酯的研究工作日趨活潑。但是水性聚氨酯分子要在水中分散就必須在其分子上引入親水基團(tuán)，并且聚氨酯分子本身含有大量極性基團(tuán)，其水乳液的表面張力居高不下，在一些非極性表面不能很好的鋪展?jié)櫇?，涂膜能力較差。為了彌補(bǔ)這一缺陷，往往在水性聚氨酯分子上引入疏水基團(tuán)，提高其疏水性。目前國內(nèi)外關(guān)于這方面的研究主要集中在有機(jī)硅、有機(jī)氟改性上面，并取得了有效的成果。按照表面活性劑的原理，若在水性聚氨酯分子上引入一定長度的脂肪烴可以起到類似的效果。本文使用不同原料來改性水性聚氨酯，旨在在水性聚氨酯分子上引入疏水的脂肪側(cè)鏈，以提高其疏水性?！　? （1）不同脂肪側(cè)鏈含量對水性聚氨酯性能的影響本章用含有12碳脂肪鏈的月桂酸單甘油酯（GML）、異佛爾酮二異氰酸酯（IPDI）和聚醚220等合成水性聚氨酯,通過改變GML的加入量調(diào)整配方。使用傅里葉紅外（FT-IR）、靜滴接觸角/界面張力測量儀、全自動(dòng)表面張力儀、熒光分光光度計(jì)分別對合成產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)、樣品膠膜水接觸角和表面能、樣品乳液表面張力以及臨界膠束濃度（CMC）進(jìn)行了表征和測試研究，觀察樣品乳液在非極性基材雙向拉伸聚丙烯膜（BOPP）上的潤濕情況，并對樣品膠膜的機(jī)械性能及吸水率進(jìn)行了研究?！　? 研究結(jié)果表明：GML在水性聚氨酯分子上引入了脂肪側(cè)鏈，長脂肪側(cè)鏈向膠膜表面遷移，并且隨著脂肪鏈含量的增加遷移量增大，當(dāng)GML加入量達(dá)到4wt%時(shí)遷移量基本達(dá)到飽和；隨著脂肪鏈含量增大，膠膜表面能降低、水接觸角增大、吸水率降低，表面能和接觸角均在GML加入量為4wt%時(shí)達(dá)到最值；改性乳液的表面活性增強(qiáng)，隨著GML加入量的增加，乳液表面張力降低，臨界膠束濃度減小，4wt%時(shí)達(dá)最值；乳液在BOPP膜上的潤濕性得到改善，兩者表面張力越接近，潤濕效果越好；GML還可以提高膠膜的斷裂伸長率，但膠膜拉伸強(qiáng)度降低。　　（2）不同脂肪側(cè)鏈長度對水性聚氨酯性能的影響本章用含有不同長度脂肪側(cè)鏈的單甘油酯、異佛爾酮二異氰酸酯（IPDI）和聚醚220 等合成一系列改性水性聚氨酯。使用傅里葉紅外（FT-IR）對合成產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征，靜滴接觸角/界面張力測量儀對樣品膠膜水接觸角、表面能進(jìn)行了測試，全自動(dòng)表面張力儀以及熒光分光光度計(jì)分別研究了不同長度脂肪側(cè)鏈對樣品乳液表面張力以及臨界膠束濃度（CMC）的影響，并對樣品膠膜的機(jī)械性能及吸水率進(jìn)行了研究?！　? 研究結(jié)果表明：單甘油酯在水性聚氨酯分子上引入了脂肪側(cè)鏈，長脂肪側(cè)鏈向膠膜表面遷移；隨著脂肪鏈長度的增大，樣品膠膜表面能降低、水接觸角增大、吸水率降低，表面能和接觸角均在脂肪鏈長度為12 碳時(shí)達(dá)到最值；改性乳液表面活性增強(qiáng)，且隨脂肪鏈長度增加，乳液表面張力減小、CMC 減小，但是脂肪鏈相對較短則不易形成多分子膠束；隨著脂肪鏈長度增加，水性聚氨酯膠膜的斷裂伸長率增大，但拉伸強(qiáng)度下降?！　? （3）不飽和脂肪側(cè)鏈對水性聚氨酯性能的影響本章先用含有18 碳油酸脂肪鏈的三羥甲基丙烷單油酸酯（TMPM）作為軟段和異佛爾酮二異氰酸酯（IPDI）、聚醚210 等合成水性聚氨酯，通過改變TMPM加入量、-NCO 和-OH 比(n(-NCO/-OH))、交聯(lián)度(n(-OHTMP/-OHPPG))合成一系列水性聚氨酯樹脂。使用透射電鏡（TEM）、動(dòng)態(tài)激光光散射（DLLS）、傅里葉紅外（FT-IR）、全自動(dòng)表面張力儀、熱重分析儀（TGA）分別研究了樣品乳液膠束形態(tài)及尺寸、結(jié)構(gòu)、不同TMPM 含量、-NCO/-OH 比值和交聯(lián)度對乳液表面張力的影響和膠膜的熱穩(wěn)定性。同時(shí)將TMPM作為擴(kuò)鏈劑改性水性聚氨酯，改變TMPM加入量合成一系列水性聚氨酯，對TMPM 加入量對兩種方法所得水性聚氨酯乳液表面張力的影響進(jìn)行了比較?！　? 結(jié)果表明TMPM 在水性聚氨酯分子上引入了脂肪側(cè)鏈，提高了乳液的表面活性，使其膠束更易形成；但改性水性聚氨酯的膠束粒徑有所增大，并且隨著TMPM加入量的增加不斷增大，當(dāng)TMPM 加入量達(dá)到7wt%時(shí)，乳液不穩(wěn)定；脂肪側(cè)鏈的引入降低了水性聚氨酯乳液的表面張力，且TMPM 作為擴(kuò)鏈劑合成的水性聚氨酯乳液表面張力較低，TMPM 加入量為4wt%時(shí)有最值；同時(shí)乳液的表面張力隨著n(-NCO/-OH)增大而降低，隨交聯(lián)度的增大先增加后減小，當(dāng)交聯(lián)度為20%時(shí)表面張力為29.85 mN/m； TMPM 的引入可以提高膠膜的熱穩(wěn)定性?！　?

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