有机硅改性聚氨酯合成革涂层剂的合成和性能研究

论文摘要

有机硅由于其独特的结构而具有表面张力低、耐氧化、热稳定和生物相容等一系列优异性能,但存在力学强度低、附着力差等缺点。聚氨酯具有良好的物理和机械性能,但热稳定性较差。通过改性手段将有机硅与聚氨酯两者的优异性能结合起来,既可以克服有机硅机械性能差的缺点,又可以弥补聚氨酯耐候性差的不足,具有很好的发展前景。合成革是模仿天然皮革的物理结构和实用性能,并做为其部分代用材料的塑料制品。随着环境保护的发展,目前已替代天然皮革应用于服装、皮包、沙发等方面。涂饰可有效提高合成革的物理-机械性能、增加合成革的花样、色泽,改善合成革的表面性能。本论文以异佛尔酮二异氰酸酯（IPDI）、聚氧化丙烯二醇（PPG）、端羟基聚二甲基硅氧烷(DHPDMS、1,4-丁二醇（BDO）以及三羟甲基丙烷（TMP）为主要原料,合成了一系列溶剂型有机硅改性聚氨酯（Si-PU）嵌段聚合物。红外表征表明有机硅链段已经嵌入到聚氨酯大分子链段中。考察了反应条件对反应以及Si-PU溶液性能的影响,结果表明,反应的最佳温度为65℃,以乙酸丁酯和丁酮做混合溶剂,催化剂用量为反应物总质量的0.54%。研究了物料配比对Si-PU溶液以及Si-PU膜的性能的影响。结果表明,有机硅的引入（在Si-PU中的质量百分比小于16%时）没有明显降低膜的机械性能;交联剂含量达到7%时Si-PU膜的耐溶剂性大为提高,机械性能变化不大;当总n（OH）/n（NCO）比值为1.05,预聚n（OH）/n（NCO）比值为0.25时,Si-PU溶液能够保持较小的粘度和和较佳的储存稳定性;有机硅的引入使得Si-PU的热稳定性得到提高。将Si-PU溶液应用到合成革上,探讨了有机硅的质量分数对涂层的三防性能和与革面附着力的影响。结果表明,有机硅的含量由0%上升到10%时,涂层表面的水接触角由76.8°升到102.5°,耐油级别由2级升到5级（参照AATCC118-2002）,有机硅含量超过10%时接触角和耐油级别均稳定不变,说明有机硅的引入使涂层获得了拒水拒油的表面效果;当DHPDMS的含量在10%-16%时,涂层与革面的附着力可以达到2级。考察了整理工艺对涂层性能的影响,结论是较佳的整理工艺为:稀释剂为乙酸丁酯,稀释倍数为2.0-2.5,整理剂用量为7 g/m2左右,固化温度为150℃,固化时间为2.5h,固化方式为热风烘燥。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 文献综述
• 1.1 有机硅改性聚氨酯
• 1.1.1 聚氨酯的特性
• 1.1.2 有机硅的特性
• 1.1.3 有机硅改性聚氨酯的结构和性能
• 1.1.4 有机硅改性聚氨酯的制备方法
• 1.1.5 有机硅链段与聚氨酯链段的连接方式
• 1.1.6 有机硅改性聚氨酯的性状
• 1.1.7 有机硅改性聚氨酯的应用
• 1.2 合成革
• 1.2.1 合成革的结构、性能和制备
• 1.2.2 合成革的发展概况
• 1.3 三防整理
• 1.3.1 三防机理
• 1.3.2 三防整理剂
• 第2章 实验部分
• 2.1 实验原料及仪器
• 2.1.1 实验原料
• 2.1.2 实验仪器
• 2.2 有机硅改性聚氨酯的制备
• 2.2.1 实验原理
• 2.2.2 实验流程
• 2.3 实验操作
• 2.3.1 Si-PU 预聚体的制备
• 2.3.2 Si-PU 聚合物的制备
• 2.4 试样制备
• 2.4.1 Si-PU 聚合物膜的制备
• 2.4.2 Si-PU 聚合物涂层的制备
• 2.5 性能测试
• 2.5.1 表征及性能测试
• 2.5.2 Si-PU 溶液的性能
• 2.5.3 Si-PU 膜的性能测试
• 2.5.4 Si-PU 涂层的性能测试
• 第3章 结果与讨论
• 3.1 反应条件对Si-PU 聚合反应的影响
• 3.1.1 溶剂的选择对Si-PU 聚合反应的影响
• 3.1.2 温度对反应的影响
• 3.1.3 催化剂用量对反应的影响
• 3.2 Si-PU 的性能研究
• 3.2.1 Si-PU 的红外表征
• 3.2.2 有机硅的含量对Si-PU 性能的影响
• 3.2.3 交联剂含量对Si-PU 性能的影响
• 3.2.4 总n（OH）/n（NCO）对Si-PU 性能的影响
• 3.2.5 预聚n（OH）/n（NCO）对Si-PU 性能的影响
• 3.2.6 扩链剂不同对Si-PU 合成和性能的影响
• 3.3 整理工艺对Si-PU 应用性能的影响
• 3.3.1 稀释剂和稀释倍数
• 3.3.2 整理剂用量
• 3.3.3 固化条件
• 3.4 整理前后合成革的表面性能比较
• 3.5 与当前三防整理剂比较
• 结论
• 参考文献
• 附录
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢