IPDI型水性聚氨酯预聚体水分散性及乳液成膜物力学性能的研究

以自制不同相对分子质最的聚已二酸-新戊二醇酯二醇(PNA型聚酯二醇)和异佛尔酮二异氰酸酯(IP-DI)为主要原料,二羟甲基丙酸(DMPA)为亲水单体,水合肼为扩链剂,制备了IPDI型的水性聚氨酯乳液.研究了PNA聚酯二醇相对分子质量对IPDI型预聚体黏度和水分散性的影响.实验结果表明,将PNA聚酯二醇的相对分子质量控制在1 400以下时,用低相对分子质量的PNA与IPDI的预聚体具有黏度低、易于水分散的特点,可以实现水分散时不加或少加有机溶剂降黏的目的;利用万能材料试验机、XRD、FT-IR和差示扫描量热仪等仪器对所得乳液成膜物的力学性能进行了测试,结果表明:用低相对分子质量的(＜1 400)PNA合成的IPDI型乳液的成膜物力学性能可以满足应用的要求.     

支化型水性聚氨酯胶黏剂的合成及性能

采用异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、聚四氢呋喃醚二醇2000(PTMG2000)为原料,二月桂酸二丁基锡、1,4-丁二醇和2,2-二羟甲基丙酸分别为催化剂、小分子扩链剂和亲水单体,制得水性聚氨酯预聚体(PPU);接着以丙烯酸甲酯、二乙醇胺和三羟甲基丙烷为原料合成了超支化聚(胺-酯)(HPAE);最后制备出不同HPAE含量(以IPDI与PTMG2000的总质量为基准,下同)的支化型水性聚氨酯(WPU)胶黏剂.采用FTIR和1HNMR对HPAE及胶黏剂的结构进行了表征;通过TGA、多功能材料试验机考察了胶膜的热力学性能和机械性能.结果表明,HPAE用量为IPDI与PTMG2000的总质量的1.0％时,制备的WPU2乳液及胶膜综合性能较好,其乳液固含量为33.67％,胶膜吸水率为11.22％,水接触角为90.32°;胶膜机械拉伸强度为10.33 MPa,断裂伸长率为533.73％;其粘结性能良好,剥离强度为4.063 N/mm.     

聚酯型水性聚氨酯乳液粒径分布及乳液膜耐水性的研究

用自制的聚酯伯二醇分别与四甲基苯二甲基异氰酸酯(TMXDI) 或异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)为主要原料,二羟甲基丙酸(DMPA)为亲水单体,水合肼为扩链剂,在DMPA投料相同的条件下,采用预聚体分散法,制备了TMXDI预聚体和IPDI预聚体的水性聚氨酯乳液.利用Autossizer Loc粒度分布仪测定了两种类型乳液的粒径分布.结果表明:TMXDI预聚体与IPDI预聚体水性聚氨酯乳液粒径分布不同,黏度较低的TMXDI预聚体,乳液粒径分布为单峰,均比黏度较高的IPDI预聚体乳液的粒径分布小;对于TMXDI预聚体水性聚氨酯乳液,随预聚体黏度的降低,乳液粒径分布变窄,说明预聚体的黏度对乳液的粒径分布有影响.通过乳液膜耐水性的对比,乳液膜的耐水性与聚酯伯二醇的结构有关.     

马明兰,马兴元*

以异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、聚四氢呋喃二醇(PTMEG)为原料,通过预聚体法合成了端NCO双组份低粘度微孔聚氨酯(LVMPU)预聚体,以1,4-丁二醇(BDO)、三羟甲基丙烷(TMP)为扩链剂,空气中微量水为发泡剂,室温浇注在模具中静置消泡后在高温（130℃）下反应固化得到力学性能、耐黄变、耐光性能优异的双组份低粘度LVMPU弹性体。探讨了不同IPDI:PTMEG质量比、TMP:BDO质量比、剩余NCO含量对双组份低粘度LVMPU弹性体性能的影响。结果表明:当IPDI:PTMEG的质量比小于250:300,剩余NCO含量小于2.4%时,可以得到无NCO的双组份LVMPU弹性体;当IPDI和PTMEG质量比为200:300,TMP:BDO质量比0:1,剩余NCO含量为1.4%时,双组份LVMPU弹性体的力学性能最佳;随着剩余NCO含量的增加,双组份LVMPU弹性体的表面无泡孔结构,截面泡孔逐渐增多,且多为圆形闭孔结构,孔径较大;当TMP:BDO的质量比逐渐增加时,双组份LVMPU弹性体的表面出现大量开孔结构,截面的圆形开孔结构逐渐增多,孔径分布较为均匀,平均孔径降低。     

无溶剂法合成高固含量水性聚氨酯

以混合二异氰酸酯[六亚甲基二异氰酸酯(HDI)/异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)]和聚己二酸丁二醇酯(PBA-2000)为基本原料、二羟甲基丁酸(DMBA)为亲水性单体[代替目前常用的二羟甲基丙酸(DMPA)]、三乙胺(TEA)为中和剂和乙二胺(EDA)为扩链剂,反应过程中不添加有机溶剂和催化剂,采用先乳化后扩链的预聚体分散法制备了固含量为50%左右的水性聚氨酯(WPU)。采用单因素试验法优选出制备WPU乳液的较佳工艺条件。结果表明:当R=n(-NCO)∶n(-OH)=1.88∶1、w(DMBA)=4.1%和n(EDA)∶n(-NCO)=0.37∶1时,WPU胶膜的强度(拉伸强度为23 MPa)和韧性(断裂伸长率为740%)俱佳。     

水性EVA处理剂的制备及其性能研究

采用不同的结构的多元醇,分别与异氟尔酮二异氰酸酯(IPDI)、二羟甲基丁酸(DMBA)进行预聚反应、丙烯酸羟乙酯(HEA)封端预聚体,再加水分散制备可UV固化的WPUA乳液。产物的红外光谱(FT-IR)在811 cm~(-1)处观察到了C=C双键的特征吸收峰。用合成的WPUA乳液配合光引发剂和不同的助剂制得水性EVA处理剂,比较了不同结构的处理剂在EVA鞋材上的处理效果,结果表明一种结构的二聚酸聚酯二醇PDFA 3162效果最佳     

预聚体法制备HTPB/IPDI基聚氨酯弹性体材料

以端羟基聚丁二烯(HTPB)，异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)为主要原材料合成了预聚体，采用3，5-二甲硫基甲苯二胺(DMTDA)作为交联剂，制备了聚氨酯弹性体材料。研究了聚氨酯预聚体中NCO含量和交联剂用量以及热处理对材料力学性能的影响，不同贮存条件对聚氨酯预聚体性能以及材料性能的影响。结果表明，合成的聚氨酯预聚体具有良好的贮存性能，调整聚氨酯预聚体中NCO含量和交联剂用量以及高温热处理都能够提高聚氨酯弹性体材料的力学性能，当预聚体NCO质量分数控制在5．68％左右，NCO／NH2摩尔比控制在1．20，在120℃下热处理时间为2h时，可以获得力学性能较佳的材料。     

室温自交联功能单体N,N'-二双丙酮丙酰胺基乙二胺的合成与应用

利用乙二胺与双丙酮丙烯酰胺间的Michael加成反应合成了含酮羰基的新型扩链剂N,N'-二双丙酮丙酰胺基乙二胺,用¹H NMR和¹³C MNR证实了结构。聚己二酸新戊二醇酯、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、二羟甲基丙酸(DMPA)预聚后加入N,N'-二双丙酮丙酰胺基乙二胺扩链得到含酮聚氨酯预聚物,预聚物经分散、乙二胺扩链后得到聚氨酯分散体。研究了含酮扩链剂用量对分散体及其膜性能的影响。结果表明随N,N'-二双丙酮丙酰胺基乙二胺的增加,聚氨酯分散体的粒径增大、黏度减小。己二酸二酰肼交联后能明显提高WPU胶膜的力学性能。     

HDI/IPDI对水性聚氨酯及胶膜性能的影响

采用预聚体分散法制备了一系列固含量为50%的水性聚氨酯(WPU),并通过傅里叶红外光谱(FT-IR)、粒径分析仪、X射线衍射(XRD)、差示扫描量热分析(DSC)、拉力试验机等仪器进行表征,研究了HDI/IPDI摩尔比对WPU的乳液性能和胶膜结晶性能、力学性能、耐水性能,以及基材EVA/PVC粘接性能的影响,分析了不同摩尔比的HDI/IPDI和粘接时间与WPU胶黏剂对EVA/PVC粘接性能的关系。研究发现,随着HDI/IPDI摩尔比增加,水性聚氨酯的乳液性能、软硬段的结晶性都得到提高,而胶膜拉伸强度呈先增大后减小的趋势,断裂伸长率则先减小后增大。所有WPU胶膜都有很好耐水性,胶膜吸水率都在5.0%（质量）以下。粘接实验结果表明,WPU胶黏剂对EVA/PVC具有优异的粘接性能,24 h后可对基材产生界面破坏,随着HDI/IPDI摩尔比增加,胶黏剂的粘接强度增大。当HDI/IPDI=7∶1时,水性聚氨酯的综合性能最好。     

DMPA含量对不同软段结构水性聚氨酯性能的影响

以聚酯多元醇、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)和二羟甲基丙酸(DMPA)为主要原料,采用预聚体分散法合成了一系列具有不同软段结构的水性聚氨酯(WPU)。研究结果表明:随着DMPA掺量的不断增加,WPU的稳定性提高、黏度增大、粒径减小且粒径分布变窄,WPU胶膜的拉伸强度在一定范围内增大、断裂伸长率降低、水接触角减小和耐水性下降,并且软段微区的结晶性能降低。     

水性光固化碳纳米管改性聚氨酯乳液的研究

以异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、聚乙二醇(PEG400)、2,2-双羟甲基丙酸(DMPA)和甲基丙烯酸-2-羟乙酯(HEMA)为主要原料合成光固化水性聚氨酯丙烯酸酯预聚体(WPU),再让接枝了硅烷偶联剂KH-570的碳纳米管(CNTs)与该预聚体原位聚合制备WPU/CNTs乳液,加入光引发剂后交联固化得到聚氨酯复合膜。研究了其电学性能和力学性能,通过透射电镜(TEM)对其微观结构进行了分析。结果表明:经过硅烷偶联处理的碳纳米管更均匀地分散在聚氨酯膜中,当CNTs质量分数为0.6%时,复合涂膜的拉伸强度为15.34 MPa,断裂伸长率为30.62%,拉伸模量176.84 MPa,耐冲击强度为10.14 kJ.m-2,涂膜具有半导体性质,可用作抗静电材料。     

气干型水性聚氨酯的合成与表征

将自制的水性聚酯多元醇、异佛尔酮二异氰酸酯在无有机溶剂参与的情况下进行预缩聚,然后将亚油酸与多羟基化合物三羟甲基丙烷进行酯化反应,获得油脂多元醇混合物。将该油脂多元醇混合物作为干性油脂结构的扩链剂引入到聚氨酯预聚体结构中交联分散于水中,合成了气干型的水性聚氨酯分散液,通过红外光谱(FT-IR)对产物结构进行了表征。采用电子万用试验机和热重分析仪对产物的性能进行测试,结果表明:所制备的气干型聚氨酯胶膜具有良好的力学性能、热稳定性以及耐水性。     

有机硅改性双组分水性聚氨酯的制备与性能

采用端羟丙基聚硅氧烷(DHPDMS)为改性剂,以异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、聚丙二醇(PPG)、二羟甲基丙酸(DMPA)以及三羟甲基丙烷(TMP)为主要原料,通过预聚体法制备了聚氨酯多元醇水分散体系(SiHPUA),并与亲水改性多异氰酸酯固化剂配制成有机硅改性双组分水性聚氨酯(Si-2KWPU)。利用FTIR、1HNMR、XRD与TGA分别对聚合物结构与性能进行表征,研究了有机硅含量对多元醇水分散体和2KWPU涂膜性能的影响。结果表明,随着有机硅含量的增加,聚氨酯多元醇水分散体的粒径增大,黏度降低,涂膜的吸水率和拉伸强度下降,接触角和断裂伸长率升高。当体系中有机硅质量分数为5%时,涂膜的综合性能最佳,吸水率和接触角分别为6.2%、94.96°;热分解温度为272℃时,质量损失为5%。     

环氧树脂改性含硅自消光水性聚氨酯树脂的制备及性能

以聚己二酸1，4－丁二醇酯多元醇(PBA)、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、二羟甲基丙酸（DMPA）、1，4-丁二醇（BDO）、端羟丙基聚二甲基硅氧烷(PDMS)和环氧树脂(E-51)为单体合成聚氨酯预聚体，三乙胺（TEA）作为中和剂，乙二胺（EDA）作为后扩链剂，合成了一系列环氧树脂改性含硅自消光水性聚氨酯树脂乳液。采用粒度分析仪测定乳液粒径、FTIR表征胶膜表面结构、SEM观察胶膜表面，并分析了胶膜的光泽度、水接触角、热力学等性能。结果表明：在n(PBA)：n(PDMS)=1:2的条件下，环氧树脂添加量为5 %时，乳液粒径为1152 nm，胶膜60?光泽度为3.4；水接触角为107.3?，疏水性能最优；胶膜拉伸强度可达24.42 MPa，断裂伸长率在362 %，力学性能最优；胶膜热失重50 %时温度较未添加E-51的胶膜提高了18.3 ℃。     

氧化石墨烯/梳状有机硅改性水性聚氨酯复合材料的制备与性能

以异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、聚四氢呋喃二醇(PTMG2000)、双尾型羟基硅油(DSE)、2,2-二羟甲基丙酸(DMPA)、1,4-丁二醇(BDO)为主要原料,先采用预聚体分散法制备梳状有机硅改性水性聚氨酯(DSE-WPU),再通过物理共混氧化石墨烯(GO)浆体制备了高强度多功能水性聚氨酯纳米复合材料(GO-DSE-WPU),并考察了其结构与性能的关系。力学性能分析表明,GO和DSE的加入可以有效地提高GO-DSE-WPU成膜的力学性能;接触角分析表明,随着GO含量的增加,GO-DSE-WPU成膜的疏水性能呈现先升后降的趋势,总体上疏水性有了大幅提升,利用AFM从内部结构做出了分析;从SEM断面线扫能谱图中可明显看出,GO-DSE-WPU成膜表面硅的富集率可提升100%;抗紫外分析表明,即使加入质量分数0.1%的GO,GO-DSE-WPU成膜的紫外吸收速率也有显著提高,紫外透过率显著降低;热性能分析表明,GO-DSE-WPU的3个热降解温度均较DSE-WPU有所改善,热性能提升。     

羧酸盐、磺酸盐复配型高固含水性聚氨酯的制备

以聚己内酯(PCL)、聚氧化丙烯二醇(PPG)、聚四亚甲基醚二醇(PTMG)、六亚甲基二异氰酸酯(HDI)、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)和聚乙二醇单甲醚(MPEG)为主要原料,以二羟甲基丙酸(DMPA)和乙二胺基乙磺酸钠(A-95)为亲水扩链剂,采用预聚体-丙酮法合成羧酸盐、磺酸盐复配型高固含水性聚氨酯,并研究了DMPA、A-95用量对乳液性能的影响。研究结果表明:当w(DMPA)=0.98%、w(A-95)=1.97%时,聚氨酯乳液固含量可达到50%,且黏度低、粒径小、稳定性好和力学性能适中。     

封闭型水性多异氰酸酯乳液的制备和表征

以咪唑作为封闭剂,异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、聚醚二元醇、二羟甲基丙酸(DMPA)和三乙胺(TEA)为原料制备了封闭型水性多异氰酸酯乳液。采用FTIR表征了乳液结构,由热失重法分析了咪唑的解封温度,探讨了不同R值、DMPA含量和中和度对乳液性能的影响。结果表明:采用预聚体后封端的方法制备出了一系列阴离子水性多异氰酸酯乳液,当预聚体R值为2.0,亲水单体DMPA质量分数为6%,中和度为100%时乳液性能较好。     

有机硅改性水性聚氨酯皮革涂饰剂的合成和应用

通过聚己二酸丁二醇酯二醇(PBA)、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、聚醚改性聚硅氧烷(PO-PDMS)制备了有机硅改性水性聚氨酯树脂,并用以制备了水性皮革涂饰剂。研究考察了预聚体NCO/OH比值以及二羟基甲酸(DMPA)含量对水性聚氨酯分散液状态的影响,及有机硅含量对涂饰剂的模量、耐水性、耐热粘着性以及手感的影响。研究结果表明,预聚体NCO/OH比值在1.8,DMPA含量在3%~4%(质量分数,下同)时可以得到状态稳定的半透明带蓝光分散液。在水性聚氨酯中引入2%~10%的有机硅链段可以有效的改善皮革涂饰剂的耐水性、耐热粘着性以及手感。     

高固含量聚醚型水性聚氨酯的合成与影响因素

以异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)和六次甲基二异氰酸酯(HDI)为硬段、聚醚(N-220)为软段,二羟甲基丙酸(DMPA)为亲水性物质、乙二胺为后扩链剂和三羟甲基丙烷(TMP)为交联剂等,合成了高固含量的聚醚型水性聚氨酯(WPU)乳液。采用衰减全反射红外光谱(ATR)对其结构进行了表征,并探讨了溶剂(丙酮)和DMPA含量、反应过程中预聚体的黏稠度、扩链剂的加料顺序和扩链时间等因素对WPU乳液固含量的影响。实验结果表明,在保持其他条件不变的情况下,即n(-NCO)∶n(-OH)=1.2∶1、m(HDI)∶m(IPDI)=2∶1和n(TMP中-OH)∶n(聚醚中-OH)=1∶4、w(DMPA)=1.5%(相对于树脂而言)且w(丙酮)=50.4%～75.5%(相对于树脂而言)时,在预聚反应过程中,若体系较稀(即黏度较低),在乳化时先加入乙二胺,待反应4～7min后再加入水,如此易制得稳定的高固含量(40%～46%)聚醚型WPU乳液。     

包埋微生物用PUA预聚体的合成及其性能表征

以三官能度的水溶性聚醚多元醇和异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、甲基丙烯酸羟乙酯(HE-MA)等为原料,合成了含双键、易乳化的聚氨酯丙烯酸酯(PUA)预聚体。探讨了聚醚多元醇相对分子质量、催化剂用量、阻聚剂用量对预聚反应和PUA预聚体性能的影响。结果表明,当聚醚多元醇相对分子质量为5100、催化剂用量为0.025%、阻聚剂对羟基苯甲醚用量为0.020%和添加酸性阻聚剂0.008%时,合成的预聚体粘度适中、贮存稳定、性能优良。生产的PUA预聚体通过了性能表征和应用评价,其所制备的包埋微生物的颗粒已经成功用于源水处理。