磺酸型水性聚氨酯乳液的合成及稳定性研究

探讨了磺酸型水性聚氨酯乳液存储长时间后,胶膜性能下降的原因。以聚四亚甲基醚二醇(PTMG 2000)、六亚甲基二异氰酸酯(HDI)、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、1,4-丁二醇(BDO)、乙二胺基乙磺酸钠(AAS-Na)为主要原料合成了一系列不同亲水基团含量的磺酸型水性聚氨酯乳液,并将其于常温下放置5个月。对乳液放置5个月前后的性能进行表征,发现在放置5个月后,乳液的贮藏稳定性依旧较好,但是微相分离程度增加,使得乳液成膜后力学性能略微下降,耐水性显著降低。为今后磺酸型水性聚氨酯乳液存放过程中性能稳定性的研究提供一些理论和实验支持。     

磺酸/羧酸型高固含量水性聚氨酯的制备及其性能

以二羟甲基丙酸(DMPA)、A95氨基磺酸钠(固含量50%)为扩链剂,将羧基和磺酸基团同时引入到聚氨酯分子中,合成了一系列磺酸/羧酸型高固含量水性聚氨酯(ZW1~ZW4),研究了磺酸基用量对水性聚氨酯性能的影响。利用傅里叶变换光谱仪、X射线衍射仪对合成的水性聚氨酯进行检测,结果表明反应按照预期路线进行。乳液性能测定结果表明,随着磺酸基用量的增加,乳液固含量增大,粒径减小且分布变宽,Zeta电位由-44.5 m V降低到-62.7 m V,但耐酸稳定性有所下降。胶膜性能测定结果表明,随着磺酸基的增加,胶膜的断裂伸长率由2 100%增加到2 800%,抗张强度从28 MPa下降到14 MPa,结晶度增大。此外,耐热性和耐水性都有所下降。     

基于Diels-Alder反应的自修复水性聚氨酯的合成与性能研究

合成了N-(2-羟乙基)马来酰亚胺及双端呋喃结构的HFA,将这两种分子作为扩链剂引入水性聚氨酯的链段,得到不同DA可逆化学键含量的自修复水性聚氨酯,使用傅利叶红外光谱和核磁共振氢谱对其结构进行了表征。通过万能材料试验机对材料进行测试与分析,实验结果表明,随着N-(2-羟乙基)马来酰亚胺的含量从0%增加到2%,试样的拉伸强度从0.51MPa增大到1.28MPa。把样条切断,沿断面进行拼接,在130℃加热0.5h,然后在80℃下保温8h对断面进行修复。修复后WPU-1和WPU-2的拉伸强度分别为0.82MPa和0.98MPa,拉伸强度修复率分别为69.49%和76.56%,同样的条件下WPU-0样条不能修复。随着DA可逆化学键在水性聚氨酯中含量的提高,材料的拉伸强度和自修复效率有明显的提高。     

高固含量高强度水性聚氨酯乳液的合成及性能研究

以聚酯二元醇(PBA)、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、六亚甲基二异氰酸酯(HDI)、1,4-丁二醇(BDO)、乙二胺基乙磺酸钠(AAS)为主要原料,分别合成了高亲水性的小粒径水性聚氨酯乳液(WPU1)和低亲水性的聚氨酯预聚物(WPU2)。以WPU1乳液乳化WPU2得到了固含量高达70%的水性聚氨酯乳液WPU3,其成膜后的力学性能优异,拉伸强度最高超过50 MPa,胶膜的吸水率较低,有良好的耐水性。     

聚醚硅氧烷/聚半硅氧烷双重改性蓖麻油基水性聚氨酯

以蓖麻油与端羟基聚醚改性聚二甲氧基硅氧烷(PEPSO)互混作为多元醇原料,制备出植物油基水性聚氨酯,将不同用量的四羟基八苯基双层笼型倍半硅氧烷(DDSQ-4OH)引入到其中,制备出系列PEPSO/DDSQ-4OH复合改性聚氨酯纳米复合材料(WPU-15、WPU-15-2、WPU-15-4、WPU-15-6、WPU-15-8)。利用FTIR、1HNMR、TGA、SEM、TEM和粒径分析仪对DDSQ-4OH及PEPSO/DDSQ-4OH进行了结构表征与性能测试,并探讨了DDSQ-4OH对聚氨酯材料热稳定性、表面疏水性及力学性能的影响。TGA结果表明,与不含DDSQ-4OH的聚氨酯材料相比,当DDSQ-4OH6用量为8%(以扩链剂乙二胺物质的量为基准,下同)时,复合材料的初始降解温度(T5%)提高了22.5℃;静态接触角、扫描电镜测试结果表明,随DDSQ-4OH用量的增加,粒子间出现团聚现象,但仍能均匀分散于水性聚氨酯基体中,材料表面的疏水性增大,样品WPU-15-6的静态接触角达到90.4?;拉伸测试结果表明,DDSQ-4OH的引入能在一定程度上提高材料的拉伸强度,由WPU-15的9.7 MPa增至WPU-15-6的16.0 MPa。     

蓖麻油改性磺酸型水性聚氨酯性能研究

采用蓖麻油、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、聚己内酯二元醇(PCL)和1,4-丁二醇(BDO)为主要原料,以乙二胺基乙磺酸钠(AAS)为亲水基,合成了一系列由蓖麻油改性的磺酸型水性聚氨酯乳液,并固化成膜。通过FT-IR、粒径测试、吸水率与接触角测定、力学性能测定、TG等手段研究了蓖麻油含量对水性聚氨酯乳液与胶膜的影响。结果表明:蓖麻油成功接入聚氨酯分子主链中;随着蓖麻油含量的增加,乳液粒径逐渐增大;胶膜的吸水率先减小后增大,接触角先增大后减小,拉伸强度先增大后减小,断裂伸长率逐渐减小。当蓖麻油与PCL质量比为0.5时,胶膜吸水率最小,接触角最大,为95.18°,拉伸强度最大,为15.15 MPa,综合性能最好。通过TGA表明,蓖麻油的引入,胶膜的耐热性也有所提高。     

二元胺扩链剂对水性聚氨酯性能影响研究

以异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、聚酯二元醇(PBA2000)为主要原料,二羟甲基丙酸(DMPA)为亲水扩链剂,1,4-丁二醇(BDO)或异佛尔酮二胺为小分子扩链剂,合成了一系列稳定的水性聚氨酯(WPU)乳液。并对异佛尔酮二胺作为前扩链剂对水性聚氨酯乳液及胶膜性能进行了分析检测,结果显示,异佛尔酮二胺的引入时水性聚氨酯乳液粒径变小,粘度变大;胶膜的吸水率和溶胀率降低,由8.8%和121.2%分别降到2.7%和68.3%。拉伸强度和透光率由11.0 MPa和87.0%分别增加到30.8 MPa和90.1%。     

磺酸型水性聚氨酯的合成与性能研究

以甲苯二异氰酸酯(TDI-80)和聚醚二元醇(N210)为主要原料,1,4-丁二醇(BDO)为小分子扩链剂,乙二胺基磺酸钠(A95)为亲水扩链剂,成功制备了磺酸型水性聚氨酯。研究了A95含量对水性聚氨酯乳液及胶膜性能的影响。通过红外(FT-IR)、透射电镜(TEM)、热重分析(TGA)、粒径和力学性能测试等分析手段研究了乳液及其涂膜的结构与性能。结果表明:所制备的水性聚氨酯乳液粒子规整性较好,分散均匀;随着A95含量增加,粒径逐渐减小;当A95含量为5%时,乳液具有良好的室温贮存稳定性,胶膜的综合性能优异。     

高固含量环氧改性磺酸盐型水性聚氨酯的合成与表征

以异氟尔酮二异氰酸酯(IPDI)、六亚甲基二异氰酸酯(HDI)、聚己二酸-1,4-丁二醇酯(PBA)为主要原料,以1,4-丁二醇为小分子扩链剂,以乙二胺基乙磺酸钠为亲水性扩链剂,并用环氧树脂E-51作为改性剂,得到固含量为50%的环氧树脂改性磺酸盐型水性聚氨酯乳液SWPU-E。实验研究了环氧用量对乳液的粒径及其分布和对胶膜力学性能的影响;实验还采用红外、核磁、热重分析等方法对胶膜的结构和热稳定性等进行了深入的分析。结果表明:环氧树脂的羟基和环氧基团参与了反应,生成了环氧改性的水性聚氨酯结构;随着环氧用量的增加,乳液的平均粒径从95.8 nm增加到169 nm,粒径分布变宽;胶膜的拉伸强度随之变大,当环氧用量低于4%时,拉伸强度明显增加,由16.21 MPa增加到43.7 MPa,之后拉伸强度增加缓慢;胶膜的热稳定性随环氧用量的增加得到明显提高,初始分解温度、转折点温度、分解终点温度均朝高温方向移动。     

水性聚氨酯热熔胶的制备及性能

以甲苯二异氰酸酯、聚己二酸-1,4-丁二醇酯(PBA)、聚环氧丙烷醚三醇(PPO)为主要单体,2,2-二羟甲基丙酸(DMPA)为羧基单体,1,4-丁二醇为扩链剂合成了聚氨酯预聚体,并以三乙胺为中和剂,进一步制备了阴离子水性聚氨酯乳液。考察了交联单体PPO含量对乳液及胶膜性能的影响。结果表明,n(PBA)∶n(PPO)=9∶1时,乳液稳定性好,聚氨酯膜的拉伸强度为44.18 MPa,断裂伸长率为742.94%,其热分解温度为239℃,对皮革的黏接强度高于皮革的内聚强度,对不锈钢的黏接剪切强度为14.76 MPa。     

磺酸型水性聚氨酯分散液的合成与性能

以聚己二酸丁二醇酯二醇、异佛尔酮二异氰酸酯、乙二胺为原料,由自制的乙二胺基乙磺酸钠为亲水性扩链剂,采用预聚体法合成磺酸型水性聚氨酯分散液。研究发现,磺酸型水性聚氨酯分散液固含量高(43.66%),稳定性大于6个月,且性能优于羧酸型水性聚氨酯分散液。     

木质素基环氧树脂改性水性聚氨酯的制备及其性能研究

将木质素磺酸钠(SLS)在氢溴酸作用下酚化改性使甲氧基转化为酚羟基,提高其反应活性并保留磺酸盐基团,并于碱性条件下加入环氧氯丙烷制得木质素基环氧树脂(LBER);将其作为交联改性剂添加至水性聚氨酯预聚体中,并成功制备出木质素基环氧树脂-水性聚氨酯乳液(LBER-WPU)。研究了LBER用量对分散液及胶膜性能的影响。结果表明,当LBER质量分数为3%～4%时,分散液外观良好、粒径较小,具备6个月及以上储存期;胶膜拉伸强度最高可达22MPa,较未改性水性聚氨酯(WPU-0)提高了约2倍,胶膜耐水性增强,热稳定性有明显改善。     

环氧改性蓖麻油基WPUA纸张施胶剂的研究

以蓖麻油和IPDI(异佛尔酮二异氰酸酯)溶于St(苯乙烯)、BA(丙烯酸丁酯)中制备聚氨酯预聚体,再以MDEA(N-甲基-二乙醇胺)和BDO(1,4-丁二醇)扩链,后用环氧树脂E-44为改性剂,制得EWPUA(环氧树脂改性蓖麻油基阳离子型水性聚氨酯-丙烯酸酯)复合乳液。研究结果表明:环氧基成功地引入到聚合物分子链中;当w(E-44)=4%时,EWPUA乳液具有优异的表面施胶性能。以w(EWPUA)=1%进行表面施胶,纸张施胶度达54 s,抗张强度增加至33.4 N/mm~2,耐破度由89 kPa增加至166 kPa,接触角由82°增加至128°,拉伸强度由5.08 MPa增加至8.86 MPa。     

高固含量羧酸/磺酸盐型水性聚氨酯乳液的合成

以聚己二酸-1,4-丁二醇酯(PBA)和异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)为原料,以乙二胺基乙磺酸钠(AAS)和二羟甲基丙酸(DMPA)为亲水扩链剂制备了高固含量羧酸/磺酸盐型水性聚氨酯乳液。聚氨酯薄膜经红外光谱分析证实聚氨酯分子中含有磺酸基团。系统研究了—NCO/—OH物质的量比(R值)、DMPA含量和AAS含量对乳液及胶膜性能的影响。研究结果表明:当R值为1.6、DMPA含量为0.8%～1.0%、AAS含量为3.5%时,获得的乳液和胶膜的综合性能最佳。     

1,4-二羟基丁烷-2-磺酸钠基磺酸型PUD膜性能研究

以自制1,4-二羟基丁烷-2-磺酸钠为亲水单体,聚己二酸己二醇新戊二醇酯(PHNA)、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、1,4-丁二醇(BDO)和乙二胺(EDA)为原料,采用丙酮法合成了固含量超过50%的PUD(聚氨酯分散体)。研究结果表明:PUD胶膜的断裂伸长率超过1 500%、最大拉伸强度为47.3 MPa,具有高强度、高弹性之特点;PUD胶膜具有良好的热稳定性(起始分解温度超过280℃,490℃完全分解)和耐水性(吸水率低于10%)。     

聚丙二醇对高固含量磺酸型水性聚氨酯性能的影响

高固含量磺酸型水性聚氨酯(WPU)乳液在存储过程中,会由于乳液微相分离程度的增加,而在成膜后力学性能下降,吸水率大幅增加。以聚四亚甲基醚二醇(PTMG2000)、聚丙二醇(PPG1000)、六亚甲基二异氰酸酯(HDI)、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、1,4-丁二醇(BDO)、乙二胺基乙磺酸钠(AAS-Na)为主要原料合成了一系列不同PPG含量的水性聚氨酯乳液。利用PPG的侧基结构对WPU分子链的规整性进行调控,降低乳液在贮存过程中的微相分离。乳液室温放置五个月后进行胶膜性能和微相结构的表征。结果表明,PPG含量为软段含量的20%～30%时,能有效削弱WPU在存储过程中的微相分离,胶膜力学性能与五个月前较好的保持一致。     

水性聚氨酯/丙烯酸酯复合乳液的制备及性能研究

以聚四氢呋喃二醇（PTMG）、甲苯二异氰酸酯（TDI）、2,2–双（羟甲基）丙酸（DMPA）和1,4–丁二醇（BDO）为主要原料,经逐步聚合制得水性聚氨酯,并利用红外光谱对其结构进行表征。以水性聚氨酯自乳化包覆丙烯酸酯单体,制备系列水性聚氨酯/丙烯酸酯核壳复合乳液（WPUA）,并探究丙烯酸酯单体含量、种类及壳层水性聚氨酯结构对复合乳液和固化膜性能的影响。结果表明,随着对丙烯酸酯单体的乳化包覆比从0增加到1.2,乳液粒径从24.65 nm增加到543.61 nm,黏度从31.4mPa·s增加到2 571.2 mPa·s,而固化膜的拉伸强度从12.16 MPa先降到6.73 MPa,再升到16.38 MPa,断裂伸长率从1771.4%降到63.8%,材料的耐水性和耐热性得到提高;探究不同丙烯酸酯种类对固化膜性能的影响,结果表明,随着单体官能度的增大,固化膜的拉伸强度明显升高,但断裂伸长率降低;通过改变壳层水性聚氨酯结构表明,线型水性聚氨酯制得的WPUA固化膜拉伸强度较低,为7.25 MPa,但断裂伸长率有325%,而多支链型水性聚氨酯制得的WPUA固化膜拉伸强度较高,达13.94 MPa,...     

1,4-二羟基丁烷-2-磺酸钠的合成及其在聚氨酯离子聚合物合成中的应用

采用1,4 -丁烯二醇和亚硫酸氢钠反应合成了1,4-二羟基丁烷-2-磺酸钠,经甲醇/水混合溶剂提纯,产率90％以上.红外光谱(FT- IR)、核磁氢谱(1H- NMR)和碳谱(13C- NMR)证实了产物的结构,并对其物理性质(如熔点)和其在水、丙酮、甲醇等中的溶解性进行了测试.研究了反应温度、反应时间、反应物物质的量比对产率的影响,结果表明:反应温度为40℃,反应时间为3h,亚硫酸氢钠与1,4-丁烯二醇的物质的量比为1.2:1是合成1,4-二羟基丁烷-2-磺酸钠的最佳反应条件.以1,4-二羟基丁烷-2-磺酸钠为含离子的单体,聚己二酸己二醇新戊二醇酯(PHNA)、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、乙二胺(EDA)、1,4-丁二醇(BDO)为原料,采用丙酮法合成了聚氨酯离子聚合物,红外光谱证实了其结构.拉伸测试表明聚氨酯离子聚合物拉伸强度达41.3 MPa,断裂伸长率为1700％;聚氨酯离子聚合物分散后对分散体的基本性能进行测试,结果显示ξ电位为- 53.85 mV,说明分散体具有良好的稳定性;固含量为50.6％,黏度320 mPa·s,说明聚氨酯分散体具有高固含量、低黏度的特征.     

磺酸钠基团含量对聚氨酯湿度传感器性能影响的研究

以丁二醇(BDO),N,N-双(2-羟乙基)-2-氨基乙磺酸钠(BES-Na),异氟尔酮二异氰酸酯(IPDI),聚己二酸丁二醇酯(PBAG2000)为原料,采用一步法制备了不同磺酸钠基团含量的聚氨酯湿敏材料,考察了磺酸钠基团的湿敏特性。实验结果表明,磺酸钠基团比例为3%、5%、7%的聚氨酯薄膜几乎无响应特性,比例为9%的聚氨酯薄膜只有在较高的相对湿度条件下才出现响应特性,而比例为15%的聚氨酯薄膜具有较好的响应特性。浸润时间对磺酸钠基团比例较低的聚氨酯薄膜几乎无影响,而磺酸钠基团比例为15%的薄膜在不同浸润时间下就具有明显的区别,在相对湿度逐渐增大的情况下,不同浸润时间的薄膜,阻抗都有明显下降的趋势,浸润时间为3min的薄膜阻抗相对较大,下降的趋势也较大。     

锂离子电池用水性聚氨酯粘结剂的制备与性能研究

以异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、聚氧化丙烯二醇(N220)、聚己二酸新戊二醇酯(PNA)、聚己二酸-1,4-丁二醇酯(PBA)为主要原料,制备了3种水性聚氨酯(WPU)粘结剂。采用IR、DSC和TG对3种水性聚氨酯膜进行了结构表征并测试了它们的力学和溶胀性能。通过循环、倍率等测试考察了以这3种水性聚氨酯为粘结剂的锂电池的电化学性能,并与以聚偏二氟乙烯(PVDF)为粘结剂的电池进行了比较。结果表明:以N220为软段的水性聚氨酯胶膜的拉伸强度为11 MPa,玻璃化转变温度为?52℃,初始分解温度为273.6℃,符合电池粘结剂的要求。并且以其作为粘结剂的电池在200次循环后,容量保持率可达到97.7%,明显高于以PBA型(87.9%)、PNA型(84.1%)水性聚氨酯和PVDF(90.5%)为粘结剂的电池。