水性聚氨酯的发展、分类、合成及应用

水性聚氨酯是一种环境友好型高分子材料。在概述水性聚氨酯发展历程的基础上，详细阐述了阴离子型、阳离子型、两性离子型、非离子型水性聚氨酯的合成工艺路线、制备方法的优缺点，以及水性聚氨酯的主要应用领域，并指出水性聚氨酯的发展方向。     

亲疏水扩链剂比例对XDI型水性聚氨酯性能的影响

为了研究亲水/疏水性扩链剂比例对芳脂族的二异氰酸酯XDI型水性聚氨酯性能的影响,文中采用聚酯多元醇为软段,间苯二亚甲基二异氰酸酯(XDI)、亲水性的二羟甲基丙酸(DMPA)和1,4-丁二醇(BDO)扩链剂为硬段,合成了XDI型水性聚氨酯(XWPUs),研究了DMPA/BDO比例对聚氨酯乳液的粒径、耐水性、力学性能和耐热性的影响。研究发现,随着DMPA/BDO的比例从0.74到6.14逐渐增大,XWPUs聚氨酯乳液粒径从71.66nm增加到159.40nm,微相分离程度增加,样品薄膜的吸水率从1.87%增到12.17%。XWPUs薄膜的拉伸强度较高,均在20 MPa左右,并具有较高的耐热性,失重5%时温度在280~250℃之间,但耐热温度随着DMPA/BDO值的增加而降低。XDI型水性聚氨酯结构中适宜的亲水/疏水性扩链剂比例,既能保证乳液的粒径和稳定性,又能使样品具有较好的耐水性、力学性能和耐热性。     

水性超支化聚合物/水性环氧树脂体系的固化行为及性能

利用马来酸酐和丁基缩水甘油醚对超支化聚合物端基改性,得到以羧基和羟基为末端的超支化聚合物,其中和成盐后即得水性超支化聚合物(WHPs),通过红外光谱(FT-IR)和核磁共振(1H-NMR)对初始聚合物和改性聚合物的结构进行了表征。然后将WHPs应用于水性环氧涂料中,以差示扫描量热法对体系的固化行为进行了分析,研究了其固化动力学,并且研究了不同含量WHPs对体系固化涂层力学性能的影响。结果表明,该固化体系的表观活化能较低,固化反应容易进行,该WHPs的加入促进了体系固化反应,能够较好地改善涂膜的力学性能。当WHPs的加入量为10%时,涂层的综合力学性能达到最佳。     

DMPA含量对具有软段结晶性水性聚氨酯性能的影响

采用预聚体分散法,以DMPA作为亲水性单体,合成了一系列具有软段结晶性水性聚氨酯乳液(WPU)。通过FT-IR、粒径测量仪、接触角测量仪、XRD等对乳液性能和涂膜性能进行了表征。实验结果表明:乳液的粒径随DMPA含量的增加而减小,zeta电位和黏度随之增大;涂膜的接触角和断裂伸长率随DMPA含量的增加而减小,拉伸强度随DMPA含量的增加而增加;软段微区的结晶性能随着DMPA含量的增加而减小,当DMPA质量分数增加至5.6%时,软段微区表现出非晶态。     

新型水性环氧树脂固化剂合成及性能的研究

采用新的合成方法合成了水性环氧树脂固化剂,初步探讨了该水性固化剂的性质。先将双酚A与环氧氯丙烷按质量比1∶2反应生成氯醚醇,再与二乙烯三胺发生胺解反应,形成类似于盐酸化的环氧胺加成物,又以单氯醚醇封闭活性高的伯胺氢,然后用NaOH脱除所有的HCl,再加入有机酸成盐,即形成水性环氧树脂固化剂。同样,将聚乙二醇与环氧氯丙烷反应,再与多胺反应,可将水溶性的链段引入固化剂中,不仅提高了固化剂的水溶性,而且改善环氧树脂的韧性。     

木质素改性水性聚氨酯胶膜的制备与性能

以异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)和聚四氢呋喃醚二醇(PTMG)为主要原料,碱木质素(LG)为改性剂,二羟甲基丙酸(DMPA)为亲水扩链剂,合成了一系列木质素改性水性聚氨酯(LWPU)。研究了LG用量、n(NCO)/n(OH)及DMPA用量对LWPU胶膜力学性能和耐水性能的影响。结果表明,当LG质量分数为0.75%,n(NCO)/n(OH)为5∶1,DMPA质量分数为6%时,胶膜的综合性能较好,其吸水率仅为3.24%,耐水性能明显提高。通过红外光谱、热重分析、X射线衍射及原子力显微镜和扫描电镜对LWPU胶膜的结构与性能等进行了表征,热重分析结果表明,LG的加入可提高聚氨酯材料的热稳定性。加入适量的木质素可以改善水性聚氨酯的耐水性及热稳定性。     

新型嵌段聚氨酯和聚氨酯脲的性质研究

基于不同分子量的环氧乙烷－四氢呋喃共聚醚、异佛尔酮二异氰酸酯和扩链剂１，４－二醇／乙二胺等合成了一系列嵌段聚氨酯／嵌段聚氨酯脲，通过拉伸实验、差示扫描量热和Ｘ－ＲＡＹ衍射等对其结构和性质进行了研究。     

内交联水性聚氨酯涂膜性能的影响因素

以异氟尔酮二异氰酸酯、1,6-己二异氰酸酯、二羟甲基丙酸、聚氧化丙烯二醇和聚己二酸-1,4丁二醇酯为原料,合成了一系列内交联水性聚氨酯分散体(WPU)。研究了NCO/OH物质的量比和内交联剂三羟甲基丙烷(TMP)用量对水性聚氨酯涂膜性能的影响,并通过红外光谱(FT-IR)、接触角测量、热重分析(TGA)和X射线衍射(XRD)等对涂膜性能进行了表征。实验结果表明,NCO/OH物质的量比和TMP含量的增加均会使涂膜拉伸强度增加。XRD分析表明,软段微区的结晶性能随着二羟甲基丙酸(DMPA)含量的增加而减小,当DMPA的质量分数增加至5.6%时,软段微区表现出非晶态。     

封端型水性聚氨酯树脂的结构与性能

以聚酯多元醇、甲苯二异氰酸酯和二羟甲基丙酸为主要原料,丙烯酸单体封端,加入改性剂三羟甲基丙烷脱水蓖麻油酸酯(TMPDCO),制备出稳定的水性聚氨酯分散体。涂膜耐化学品性和凝胶含量测定说明,TMPDCO的加入增加了涂膜的交联度,提高了涂膜的耐化学品性。差示扫描量热法测试表明,加入封端剂增加了涂膜交联度,涂膜玻璃化转变温度明显提高。力学性能测试说明,聚酯作为软段的水性聚氨酯树脂较聚醚型耐水性好。X射线衍射分析说明,随着硬段规整度的增加,衍射峰中心依次向高角度偏移。红外表征说明,不同硬段合成水性聚氨酯的氨基甲酸酯键波数不同。     

超支化水性聚氨酯的合成与表征

以异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、二乙醇胺(DEOA)及二羟甲基丙酸(DMPA)为原料,合成超支化聚氨酯核HBPU-0;以IPDI、聚四氢呋喃(PTMEG)及DMPA等原料合成线性聚氨酯,然后,将线性聚氨酯接枝到HBPU-0上,制备了一种具有超支化结构的水性聚氨酯,产物具有良好的水分散性和耐水性,其中HBPU-6的24h吸水率为6%,48h吸水率为11%,72h吸水率为18%。通过红外光谱对产物结构进行了表征。采用电子万用试验机和热失重分析仪对产物的性能进行测试,结果表明,所制备的水性超支化聚氨酯具有良好的力学性能和热稳定性,HBPU-6的拉伸强度为16.8MPa,热分解温度达到238℃。     

低红外发射率水性聚氨酯/青铜复合涂层的制备及性能表征

为改善传统低红外发射率聚氨酯(PU)/青铜复合涂层的环保性能,以自制水性聚氨酯(WPU)为黏合剂,片状青铜粉为功能颜料,采用简单的刮涂法制备了具有低发射率、低光泽特性和良好力学性能的绿色环保型WPU/青铜复合涂层;系统地研究了固化温度、青铜粉添加量及交联剂对涂层性能的影响规律。结果表明:该涂层的发射率和光泽度均随着固化温度的升高而逐渐降低,较高的固化温度有利于实现涂层的低发射率和低光泽特性;随着青铜粉添加量的增加,涂层发射率呈先降低后升高的趋势,涂层光泽度呈逐渐降低并趋于稳定的变化规律;水性交联剂的使用可明显提高涂层的硬度,当交联剂添加量为3%(质量分数)时,涂层具有良好的综合性能,发射率和光泽度可分别低至0.269和6.4,硬度、附着力和耐冲击强度可分别达到3H、1级和500N·cm。     

超支化水性聚氨酯的合成与表征

以甲苯-2,4-二异氰酸酯(TDI)、聚碳酸酯二醇(PCDL)、二羟甲基丙酸(DMPA)和二乙醇胺(DEOA)为原料合成了一种具有超支化结构的水性聚氨酯,产物具有良好的水溶性。通过红外光谱(FT-IR)和核磁共振(13C-NMR)对产物结构的表征,证实了产物具有超支化结构,其支化度为0.32。用高效液相色谱质谱联用仪(LC-MC)对产物的分子量进行测定,其重均分子量为1.66×104。采用电子拉力机和热失重分析仪(TG)对产物的性能进行测试,结果表明,所制备的水性超支化聚氨酯具有良好的力学性能和热稳定性,并且涂膜具有较好的耐水性。     

有机硅-丙烯酸酯水分散液的合成及表征

以端乙烯基硅氧烷齐聚物(NS)、甲基丙烯酸甲酯(MMA)和丙烯酸丁酯(BA)为原料,通过乳液共聚合,制备了有机硅-丙烯酸酯二元共聚水分散液。考察了不同单体配比对水分散液及成膜物性能的影响。通过动态光散射仪、透射电子显微镜等对水分散液进行了表征,发现共聚物乳胶粒子粒径较小,均在30nm～60nm范围;水分散液成膜物透明、光滑、力学性能好。当共聚物中有机硅含量达到10%(质量分数,下同)时,成膜物对水的接触角已超过100°,接近纯有机硅的接触角,表明端乙烯基硅氧烷齐聚物的引入赋予了薄膜良好的表面拒水性能。     

阳离子水性聚氨酯乳液的合成及性能

以二异氰酸酯和聚酯二元醇合成聚氨酯预聚体,采用N-甲基二乙醇胺(N-MDEA)为亲水扩链剂,制备了阳离子水性聚氨酯(CWPU)乳液,研究了制备CWPU乳液的影响因素,并研究了CWPU乳液涂膜的拉伸性能。研究表明,当N-MDEA的质量分数为7.0%-9.5%,R值为1.3-1.5,中和度为80%-100%时,可制得稳定性较好的CWPU乳液。随着N-MDEA含量增加,CWPU乳液涂膜拉伸强度增加,断裂伸长率下降;随着中和度的提高,涂膜拉伸强度和断裂伸长率同时提高。     

涂料用水性含氟聚合物合成研究

国内外合成水性含氟聚合物的主要方法可分为乳液聚合法、后乳化法及悬浮聚合法，在此基础上论述了人们在涂料用水性含氟聚合物合成领域内所取得的进展及面临的挑战。     

室温自交联水性聚氨酯分散体的合成与表征

采取新工艺以甲苯二异氰酸酯(TDI-80)、聚醚二元醇(N220)、三羟甲基丙烷(TMP)、二羟甲基丙酸(DMPA)、环氧树脂(E-20)、甲基丙烯酸甲酯(MMA)等原料合成了聚氨酯一丙烯酸酯复合分散体(PUA-1),通过双丙酮丙烯酰胺(DAAM)引入酮羰基和己二酸二酰肼(ADH)引入肼基,合成了室温自交联复合分散体(PUA-2).探讨了DMPA,MMA,DAAM和ADH的加入量对分散体和涂膜性能的影响.通过傅立叶红外光谱(FTIR)、示差扫描量热仪(DSC)、接触角测量仪对PUA-1及PUA-2进行了表征.结果表明,当DMPA,MMA,DAAM的含量[占聚氨酯(PU)的质量分数]分别为6%,25%,2.5%及ADH与DAAM的摩尔比为1时,分散体和涂膜的综合性能较好;酮肼间发生了交联反应,交联使得胶膜的耐水性和力学性能得到了提高.     

水性聚氨酯复合包装胶粘剂的合成

以1,4-丁二醇(BDO)和二羟甲基丙酸(DMPA)为扩链剂,以环氧树脂E20改性聚氨酯(PU),得到环氧树脂改性的水性PU复合乳液.研究了BDO、DMPA和环氧树脂的量对乳液性能的影响.实验结果表明:当BDO含量为10%～15%,DMPA含量为9%～10%,环氧树脂(E20)含量为4%时,得到的PU复合乳液性能较佳,用该乳液配成的胶粘剂对PP/PE复合包装膜有很好的粘结性能.     

水性聚氨酯防水涂膜材料的制备与性能

为了研究多元醇类型对水性聚氨酯防水涂膜材料性能的影响,选用分子量均为1 000的聚酯型、聚醚型多元醇为软段,通过预聚体法制备了一系列水性聚氨酯(WPU)分散体;探讨了WPU的粒径、黏度、结构及结晶性、水抵抗性能。结果表明:制备的WPU分散体粒径较小;聚酯多元醇型[聚己二酸乙二醇酯(PB)、聚碳酸酯(PCL)]WPU膜的拉伸强度、结晶性能高于聚醚多元醇型[聚丙二醇(PPG)、聚四氢呋喃醚二醇(PTMG)]的,但是断裂伸长率低于聚醚多元醇型的WPU膜;其中PTMG型WPU膜的水接触角最大,达到66.5°,吸水率最小(6.2%),防水性最佳,综合性能最好,最适合用作环境友好型纤维织物防水涂膜材料。     

水性UV固化涂料用多羟甲基苯酚丙烯酸酯的合成

以多羟甲基苯酚钠和丙烯酰氯为原料,合成了适用于水性UV固化涂料的多羟甲基苯酚丙烯酸酯,通过红外光谱表征了产物的化学结构。探讨了物料比、反应温度、反应时间和催化剂用量等因素对产物产率的影响,结果表明:当n(多羟甲基苯酚钠)∶n(丙烯酰氯)=1∶2、反应温度为0～-5℃、反应时间为2.5h、催化剂四丁基溴化铵用量为0.04%(占物料质量比)时,最有利于产物的合成;多羟甲基苯酚丙烯酸酯的水溶性及涂膜性能,也能较好地满足水性UV固化涂料的应用。