水性聚氨酯是聚氨基甲酸酯的簡稱，一般定義為在高分子鏈的主鏈上含有重復(fù)的氨基甲酸酯鍵結(jié)構(gòu)單元的高分子化合物稱為聚氨酯，其具有無毒，不易燃燒，不污染環(huán)境，節(jié)能，以及優(yōu)異的彈性和耐磨性等優(yōu)點，使得它在織物、皮革涂飾、木器漆及粘合劑等許多領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，逐步代替了溶劑型聚氨酯。研究工作者一直致力于水性聚氨酯的研究，以期達到改善其性能的目的，讓水性聚氨酯能更好的適用于各個領(lǐng)域。在水性聚氨酯長期以來的研究工作中，研究者們對親水性擴鏈劑、小分子擴鏈劑等進行了較多研究，通過改變擴鏈劑的種類或者含量也制備出了很多性能優(yōu)異的水性聚氨酯。相對而言，在水性聚氨酯預(yù)聚體乳化分散后進行后擴鏈這方面進行的各種研究就少的多，但是對乳液進行后擴鏈工藝處理，可以合成出更穩(wěn)定，力學(xué)性能更好的水性聚氨酯，這也是今后合成水性聚氨酯可以考慮的一個方向。

      本文重點研究了二胺類（乙二胺、異佛爾酮二胺）后擴鏈劑的用量對聚酯/聚醚型水性聚氨酯乳液的貯存穩(wěn)定性以及膠膜耐水水性，力學(xué)性能等影響，通過比較分別加入這兩種后擴鏈劑對乳液及膠膜性能的影響，找出最適合對本體系進行后擴鏈反應(yīng)的二胺類物質(zhì)，并合成出綜合性能優(yōu)良的水性聚氨酯乳液。

1.1 聚酯/聚醚型水性聚氨酯的合成

      在干燥氮氣的保護下，將真空脫水后的PBA、聚醚（ N-210）與異佛爾酮二異氰酸酯（ IPDI）按計量加入到三口燒瓶中，混合均勻升溫到85℃反應(yīng)2.5h，降溫至65℃以下，加入計量的親水?dāng)U鏈劑二羥甲基丙酸以及擴鏈劑一縮二乙二醇、 2-3滴催化劑（ T-9,T-12）和適量丙酮，于75℃反應(yīng)至NCO含量不變，降溫出料，將預(yù)聚體用三乙胺（ TEA）中和后在高速攪拌條件下加去離子水乳化，乳化的同時加入計量的后擴鏈劑乙二胺(EDA)或者異佛爾酮二胺（ IPDA） ,反應(yīng)20min，得到一系列固含量在26%到28%之間的水性聚氨酯乳液。減壓蒸餾脫去反應(yīng)過程中加入的丙酮，備用。合成乳液的序號及不同二胺類后擴鏈劑的質(zhì)量含量如表1

1.2 結(jié)構(gòu)與性能測試

1.2.1 膠膜的制備

      將用不同二胺后擴鏈制備的WPU乳液取一定質(zhì)量倒入自制的聚四氟乙烯板上成膜，室溫下風(fēng)干，再放入烘箱中，于60℃下烘4～5h，取出放入干燥箱中自然冷卻，備用。

1.2.2膠膜透射傅立葉轉(zhuǎn)換紅外光譜分析

      采用Nexus-870型紅外光譜儀（ FTIR）（美國Nicolet公司），測試范圍500-4000cm-1，掃描次數(shù)32，分辨率4 cm-1。乳液采用刮涂方式，在帶有圓形孔的小紙片上進行刮涂，再烘干。對膠膜進行透射測試。

1.2.3 膠膜力學(xué)性能測試

      將膠膜裁切成長度為30 mm，中部寬為3mm的啞鈴狀試片，用XLM-智能電子拉力實驗機（濟南蘭光）進行測試，拉伸速率為250mm/min。

1.2.4 膠膜耐水性測試

      將膜剪成2cm× 2cm小方塊，稱重(W1)，在水浸泡24h，取出后吸干表面上的液體，稱重（ W2），計算其在水中的吸水率。吸水率W%=[(W2-W1)/W1]*100%

1.2.5 乳液穩(wěn)定性測試

      按GB/T6753.3-1986測定分散液的穩(wěn)定性。采用離心加速沉降實驗?zāi)M貯存穩(wěn)定性，如果在離心機中以3000 r/min轉(zhuǎn)速離心沉降， 15 min后若無沉淀，可以認為有6個月的貯存穩(wěn)定期。

1.2.6乳液粒徑測試

      采用動態(tài)激光光散射(DLLS)測量乳液的粒徑，測試溫度25℃，激光散射角設(shè)置為90℃。

2、結(jié)果與討論

2.1紅外譜圖分析

      圖1顯示了用EDA（ EDA加入量為1.1%）對水性聚氨酯進行后擴鏈的乳液膠膜的紅外吸收譜帶：在2280-2270cm-1處是-NCO的特征吸收峰，而在該處沒有見到吸收峰，說明-NCO基本反應(yīng)完全。 3334 cm-1處為-NH的伸縮振動峰， 2945 cm-1為-CH2和-CH3伸縮振動峰。 1730 cm-1處的強吸收峰是氨酯基中-C=O伸縮振動峰， 1534 cm-1處為-C-N彎曲振動峰，而1231 cm-1處為氨酯基中C-O-C的伸縮振動峰，這些特征說明氨基甲酸酯鍵的存在。

2.2 后擴鏈劑加入量對乳液及膠膜性能的影響

      EDA或IPDA加入量對乳液及膠膜性能的影響見表1。

      從表2可以看出，未進行后擴鏈和進行了后擴鏈的乳液的穩(wěn)定性，以及膠膜的狀態(tài)都較好。 未后擴鏈的乳液放置中變?yōu)槿榘咨?，后擴鏈的乳液大部分都是透明泛藍的狀態(tài)，從表中數(shù)據(jù)亦可看出未進行后擴鏈的乳液粒徑大于進行了后擴鏈反應(yīng)的乳液粒徑。這主要是由于沒有后擴鏈的乳液中含有未反應(yīng)完全的NCO，放置中， NCO會與水反應(yīng)生成脲，形成交聯(lián)，導(dǎo)致乳液發(fā)白，粒徑較大；而進行后擴鏈的水性聚氨酯乳液，乳液中的NCO與二胺反應(yīng)，生成了脲基甲酸酯，使得NCO基本消耗完全，不會與水反應(yīng)產(chǎn)生大的交聯(lián)，進而使得乳液粒徑變小。

2.3 后擴鏈劑加入量對膠膜吸水率的影響

      水性聚氨酯在合成過程中，常在體系中引入羧基離子或磺酸離子，以達到自乳化的效果，本實驗中引入的是羧酸鹽離子。由于羧酸鹽離子具有較強的親水性，使膠膜的耐水性下降。表3列出了后擴鏈劑加入量對膠膜吸水率的影響。

      從表3以看出后擴鏈之后WPU膜吸水率低于未進行后擴鏈的WPU膜，耐水性比未改性的WPU膜好，同時用IPDA后擴鏈的乳液膠膜吸水率比用EDA后擴鏈的乳液膠膜吸水率小。這是由于沒有后擴鏈的聚氨酯分子量相對較低，成膜中粒子堆積形成的空隙可能相對較大，有利于形成水分子通道；經(jīng)過后擴鏈的聚氨酯，相對而言分子量比未進行后擴鏈的聚氨酯高，且后擴連劑與異氰酸酯反應(yīng)生成的分子鏈中引入了疏水性的結(jié)構(gòu)（ IPDA和EDA中含有的烷烴結(jié)構(gòu)）提高了聚氨酯的疏水作用，因此后擴鏈之后的水性聚氨酯膜吸水率下降，耐水性變好。由于IPDA含有較大的環(huán)狀疏水基團，而EDA并不具有類似較大的疏水基團，所以用IPDA后擴鏈的WPU膜吸水率小于用EDA后擴鏈的WPU膜吸水率。

2.4后擴鏈劑加入量對膠膜力學(xué)性能的影響

      拉伸強度和斷裂伸長率是衡量水性聚氨酯涂膜力學(xué)性能的重要指標(biāo)。表4為后擴鏈劑加入量對水性聚氨酯涂膜的拉伸強度和斷裂伸長率的影響。

      后擴鏈劑用量對膠膜力學(xué)性能的影響見表4。用IPDA和EDA兩種后擴鏈劑對乳液進行后擴鏈后，乳液形成的膠膜其拉伸強度顯著增加，而對斷裂伸長率的影響并不明顯。這是因為用胺類擴鏈劑對乳液進行后擴鏈處理時，胺類擴鏈劑與乳液中殘留的異氰酸根反應(yīng)，生成脲鍵，因而分子中脲鍵數(shù)量增多，使得氫鍵作用增強，分子鏈的整體剛性增加，導(dǎo)致膠膜的拉伸強度顯著增加。一般情況下，膠膜拉伸強度增加，斷裂伸長率會降低，但是，在本體系中，加入了聚醚二元醇，分子鏈中含有醚鍵，由于醚鍵的存在，使分子鏈的柔順性變好，因此，能使膠膜在保持很好的拉伸強度的情況下，也能保持一定的斷裂伸長率。從表中可以看出， WPU2體系有很好的拉伸強度（ 31.23MPa）以及斷裂伸長率（ 1022.31%）。

3、結(jié)論

      （ 1）對乳液進行后擴鏈能夠顯著提高乳液膠膜的力學(xué)性能，并且能使膠膜耐水性變好，膠膜豐滿度變好。

      （ 2 ） 通 過 對 比 兩 種 不 同 后 擴 鏈 劑 （ I P D A 與EDA）對乳液及膠膜的影響，發(fā)現(xiàn)IPDA后擴鏈的乳液及膠膜各項性能都比用EDA后擴鏈的好。

      （ 3）從本次試驗中，可得出WPU2體系的綜合性能都好，即用IPDA加入量為2.7%時，乳液的外觀，成膜性都較好，膠膜的豐滿度較高，拉伸強度最大，斷裂伸長率適中，耐水性比較好。

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