羟基化桐油衍生的阳离子聚氨酯水分散体的合成和性能研究

羟基化桐油衍生的阳离子聚氨酯水分散体的合成和性能研究

【摘要】： 阳离子水性聚氨酯因其独特的性质，已在涂料、胶粘剂、皮革、纺织和造纸等多种领域获得应用，但由于分子结构的限制，传统阳离子水性聚氨酯的力学性能、耐热性、耐水性和耐溶剂等性能均欠佳，加之合成工艺不稳定，限制了其更广泛的应用。而将中国特产资源——含三个共轭双键的桐油，通过羟基化后制备的阳离子聚氨酯（HTO-CPUD），不仅符合新型材料的可持续发展和绿色环保要求，而且其产物也有望兼具桐油和聚氨酯的综合性能以及独特的链结构和相结构，从而成为一类新的环境友好型高分子材料。本论文以N-甲基二乙醇胺（MDEA）、聚醚或聚酯多元醇、自制的含三个共轭双键的羟基化桐油（HTO）和不同结构的二异氰酸酯等为原料，分别合成了多种可后交联的含三个共轭双键的阳离子聚氨酯水分散体（HTO-CPUD）；并采用红外光谱（FTIR）、核磁共振（NMR）和扫描电镜（SEM）对这类新型阳离子型聚氨酯结构和形态进行了表征；利用激光粒度仪、粘度仪、热重分析仪（TG）、动态力学分析仪（DMA）和Instron拉力机等仪器，研究了改性桐油方式、MDEA含量、中和度、软段和异氰酸酯类型对HTO-CPUD粒径、粘度、热稳定性和动态力学性能的影响；分析了热处理温度与耐溶剂性以及力学性能的关系；还探讨了主要原料之一——HTO的热稳定性。实验结果表明：1. MDEA含量和中和度是影响乳液稳定性的主要因素，当MDEA含量在9%以上、中和度为85%以上时可以合成稳定的HTO-CPUD。2.引入三个共轭双键的HTO-CPUD形成了粒径在8-71nm，并可在pH为酸性介质中稳定存在。与普通阳离子聚氨酯相比，HTO-CPUD具有优异的耐水、耐热和耐溶剂性，并且其力学性能随羟基化桐油含量及其共轭双键的交联密度增加而提高。3.羟基化桐油、软段和异氰酸酯类型都对HTO-CPUD的性能有明显影响，由HMDI合成的HTO-CPUD性能优于IPDI型，其中HMDI型HTO-CPUD乳液的粒径较小，耐热性更好；胺解羟基化桐油的反应活性较大，所合成HTO-CPUD乳液的粒径也较大，但醇解羟基化桐油和基于醇解羟基化桐油的HTO-CPUD耐热性均优于胺解羟基化桐油及其所合成的产物；由聚己内酯二醇合成的HTO-CPUD乳液粒径大于聚醚（聚丙二醇和聚四氢呋喃醚二醇）合成的粒径。4.对HTO-CPUD膜进行热处理是进一步提高、调整和控制其综合性能的有效方式。随着热处理温度的增加，力学性能得到明显提高，其中断裂强度由处理前的3.4MPa增加到34.9MPa。而这些变化都与共轭双键的进一步反应和分子间相互作用的进一步加强密切相关。基于上述特点的HTO-CPUD有望在高性能水性涂料和粘合剂方面获得应用。

【学位授予单位】：郑州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014

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