水性聚氨酯交聯(lián)劑的合成、表征及應(yīng)用.pdf

1、水性聚氨酯不僅具有溶劑型聚氨酯所具有的高強(qiáng)度、耐磨損等優(yōu)異特性，而且具有使用安全、無(wú)毒、操作加工方便、不燃、易儲(chǔ)存及無(wú)環(huán)境污染等特點(diǎn)，從而得到廣泛的重視。然而自乳化型水性聚氨酯由于合成條件的限制，聚合物相對(duì)分子質(zhì)量較低，分子側(cè)鏈存在較多的親水基團(tuán)，致使其膠膜的力學(xué)性能及耐水性不好，這在一定程度上限制了其應(yīng)用范圍。近年來(lái)，大量研究表明交聯(lián)改性是提高水性聚氨酯涂膜性能最直接、最有效的方法之一。將酮羰基引入水性聚氨酯分子鏈段中，利用酮羰基的反

2、應(yīng)活性（如酮肼反應(yīng)）制備成膜時(shí)再度發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)的水性聚氨酯，可以達(dá)到改善此類(lèi)聚合物膠膜物理化學(xué)性能的目的。因此，選擇廉價(jià)易得的原料，探索簡(jiǎn)便的合成路線及適宜的工藝參數(shù)，合成能將酮羰基引入水性聚氨酯分子中的小分子雙羥基化合物，是一項(xiàng)十分有意義的工作。
　　 本文通過(guò)鹵代烴的親核取代反應(yīng)合成了一種含酮羰基的雙羥烴基化合物，然后將酮羰基引入到水性聚氨酯的分子鏈段中，利用酮羰基的反應(yīng)活性(酮肼反應(yīng))制備得到了成膜時(shí)發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)的水性聚氨

3、酯，并且通過(guò)對(duì)比實(shí)驗(yàn)，研究了交聯(lián)前后水性聚氨酯的性能差異。
　　 本實(shí)驗(yàn)以二乙醇胺（DEA）、5-氯-2-戊酮（CPE）等為原料，合成了5-[二（β-羥乙基）胺基]-2-戊酮（BHAP），該化合物可以作為水性聚氨酯的交聯(lián)劑。為了提高BHAP的收率，實(shí)驗(yàn)中探討了溫度、縛酸劑、催化劑及溶劑等因素對(duì)收率的影響，并采用萃取、減壓蒸餾、薄層色譜法、柱色譜法對(duì)產(chǎn)物進(jìn)行了分離提純，通過(guò)高效液相色譜法測(cè)得了產(chǎn)物混合物中BHAP的含量，得到了收率

4、及純度較高的BHAP。
　　 通過(guò)紅外光譜及核磁共振譜法（1HNMR、13CNMR、COSY、HMBC、HMQC）表征了BHAP的結(jié)構(gòu)；通過(guò)高分辨質(zhì)譜測(cè)定了BHAP的分子量及元素組成。
　　 以自制的BHAP作為改性原料鏈接到水性聚氨酯分子中，以2,4-甲苯二異氰酸酯（TDI）作為硬段，以聚醚210、220等作為軟段，以二羥甲基丙酸（DMPA）作為離子中心，以二乙烯三胺（DETA）作為擴(kuò)鏈劑，采用預(yù)聚體法合成了交聯(lián)型聚氨

5、酯水分散體（CWPU）。通過(guò)對(duì)交聯(lián)型聚氨酯水分散體的粘度,交聯(lián)型聚氨酯膠膜的吸水率、吸甲苯率、拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長(zhǎng)率、凝膠含量的測(cè)量，研究了交聯(lián)改性聚氨酯膠膜的性能。通過(guò)對(duì)比實(shí)驗(yàn)，研究了不同羧基含量與交聯(lián)劑用量對(duì)改性聚氨酯水分散體的性能的影響，對(duì)交聯(lián)前后水性聚氨酯的性能的差異進(jìn)行了探討與分析。
　　 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：交聯(lián)劑合成反應(yīng)的最佳條件為：以N，N-二甲基甲酰胺（DMF）為溶劑、以無(wú)水碳酸鈉為縛酸劑、以無(wú)水碘化鈉為催化劑、反應(yīng)溫

6、度為73℃、反應(yīng)時(shí)間為30h，此條件下BHAP的收率可以達(dá)到90.74％，由高效液相色譜法測(cè)得此產(chǎn)品的純度為89.66％。對(duì)由柱色譜法分離后得到的產(chǎn)品進(jìn)行了結(jié)構(gòu)表征：FT-IR譜圖顯示，產(chǎn)物結(jié)構(gòu)中具有期望的各種官能團(tuán)；核磁共振譜（1HNMR、13CNMR、COSY、HMBC、HMQC）譜圖顯示，柱層析提純物的結(jié)構(gòu)與所期望的產(chǎn)物BHAP的結(jié)構(gòu)相符合；高分辨質(zhì)譜圖顯示，得到的數(shù)據(jù)與預(yù)期產(chǎn)物BHAP的分子量及元素組成相吻合。對(duì)交聯(lián)改性聚氨酯膠

7、膜的性能對(duì)比研究表明，NCO/OH的摩爾比為1.28，羧基含量為1.9％的情況下：BHAP含量為8％時(shí)的膜，與沒(méi)有加ADH的膜相比，吸水率下降了18.48％，吸甲苯率下降了72.54％，斷裂強(qiáng)度提高了14.25MPa，凝膠質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加了11.92％；NCO/OH的摩爾比為1.28，羧基含量為2.1％的情況下：BHAP含量為7％時(shí)的膜，與沒(méi)有加ADH的膜相比，吸水率下降64.7％，吸甲苯率下降15.12％，斷裂強(qiáng)度提高11.81 Mpa，