马来酸酐改性蓖麻油制备水性聚氨酯的研究

论文摘要

水性聚氨酯是一种重要的高分子材料，近年来随着环境保护的需要，逐渐替代有机溶剂型聚氨酯用于胶粘剂、涂料及其他领域。进入21世纪以来，随着石化产品的紧缺，人们又逐渐将天然可再生资源引入聚氨酯中，开发了一系列新型聚氨酯材料。 本文首先采用马来酸酐改性蓖麻油（MCO）为原料，通过分子设计制备适用于皮革复鞣工序的复鞣填充剂。通过对不同原料配比下合成产物的乳液性能及应用性能研究，优选出最佳复鞣填充剂产品配方。将由此配方合成的复鞣填充剂MC-PURF同国内外常规复鞣填充剂产品进行对比，发现其填充性能更明显，耐光性好。 水性聚氨酯成膜具有良好的物理机械性能、耐寒性、弹性和高光泽，但同时具有耐水性差、机械强度不高等缺点，为了改善水性聚氨酯在性能方面的缺陷，国内外研究者一直致力于水性聚氨酯基础理论及改性方面的研究。 本文采用马来酸酐改性蓖麻油（MCO）作为多元醇成分合成了软段含有羧基的聚氨酯水分散液（MCPU）。通过对水分散液及其膜性能研究发现：随着m（MCO）／m（聚醚二元醇Ng210）比例增大，MCPU膜软硬段相容性增加；随着n（NCO）／n（OH）比例增大，MCPU膜的热稳定性提高，硬度和抗张强度增加，断裂伸长率降低，抗溶剂性能提高；当MCO的羟基官能度为2.2时，得到具有较高拉伸强度和断裂伸长率的MCPU膜。 确定了以MCPU作为可聚合种子同甲基丙烯酸甲酯（MMA）共聚制备聚氨酯—聚丙烯酸酯（MCPU-PMMA）复合乳液的合成条件。通过对不同羟基官能度MCO制得MCPUs-PMMA复合乳液及其膜性能研究得出，向聚氨酯组分中引入较多不饱和基团，有利于提高MCPU-PMMA两相的相容性，得到稳定性好，成膜性能优异的复合乳液。 对由不同聚氨酯／聚甲基丙烯酸甲酯（MCPU／PMMA）配比合成的聚氨酯—聚丙烯酸酯（MCPUA）复合乳液及其膜性能研究发现，当PMMA比例小于60％时，随PMMA比例增大，乳液平均粒径增大，膜的热稳定性提高；Tg1向高温方向移动，Tg2先降低，后又增大；PMMA组成比例较小时，乳液粒子形态规整，具有明显的核壳结构；随PMMA比例增大，膜的模量持续增加，抗张强度先增加后减小，断裂伸长率降低，硬度增加。 不同聚乙烯基（PA）组分合成的聚氨酯—聚丙烯酸酯（PUA）复合乳液及其膜性能研究发现，聚氨酯—聚甲基丙烯酸甲酯（MCPUA-MMA）粒子形态复杂，聚氨酯—聚丙烯酸丁酯（MCPUA-BA）和聚氨酯—聚苯乙烯（MCPUA—St）粒子具有清晰的核壳结构；PUA胶膜两相之间的相容性为MCPUA-MMA＞MCPUA-BA＞MCPUA-St。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 引言
• 1 文献综述
• 1.1 引言
• 1.2 水性聚氨酯的性能特点
• 1.3 水性聚氨酯的分类
• 1.4 水性聚氨酯的性能研究
• 1.4.1 水性聚氨酯的乳液稳定性研究
• 1.4.2 水性聚氨酯的相态结构
• 1.5 水性聚氨酯的改性
• 1.5.1 PUA复合乳液聚合方法及机理
• 1.5.2 PUA复合乳液的性能
• 1.6 天然原材料在聚氨酯工业上的应用
• 1.7 水性聚氨酯在皮革工业上的应用
• 1.7.1 水性聚氨酯作为皮革复鞣剂
• 1.7.2 水性聚氨酯作为皮革涂饰剂
• 1.8 课题的提出
• 2 耐光性聚氨酯复鞣填充剂（MC-PUR）的合成、性能及应用研究
• 2.1 引言
• 2.2 结果与讨论
• 2.2.1 分子设计
• 2.2.2 MCO羟基官能度的确定
• 2.2.3 MCO结构分析
• 2.2.4 MC-PUR合成条件的研究
• 2.2.5 MC-PUR结构分析
• 2.2.6 MC-PUR乳液性能研究
• 2.2.7 应用性能研究
• 2.3 实验部分
• 2.3.1 主要原料
• 2.3.2 聚氨酯复鞣填充剂乳液（MC-PUR）的制备
• 2.3.3 应用实验
• 2.3.4 分析与测试
• 2.4 本章小结
• 3 软段含羧基的聚氨酯水分散液的合成与性能研究
• 3.1 引言
• 3.2 结果与讨论
• 3.2.1 m（MCO）/m（Ng210）比不同对MCPU水分散液及其膜性能的影响
• 3.2.2 n（NCO）/n（OH）比不同对MCPU水分散液及其膜性能的影响
• 3.2.3 MCO羟基官能度不同对MCPU水分散液及其膜性能的影响
• 3.3 实验部分
• 3.3.1 主要原料
• 3.3.2 聚氨酯水分散液MCPU的制备
• 3.3.3 分析检测
• 3.4 本章小结
• 4 聚氨酯-聚丙烯酸酯复合乳液的合成研究
• 4.1 引言
• 4.2 结果与讨论
• 4.2.1 结构分析
• 4.2.2 MCPU-PMMA种子乳液聚合影响因素的研究
• 4.3 实验部分
• 4.3.1 原材料
• 4.3.2 可聚合聚氨酯水分散液MCPU的制备
• 4.3.3 MCPU-PMMA复合乳液的制备
• 4.3.4 分析测试
• 4.4 本章小结
• 5 聚氨酯-聚甲基丙烯酸甲酯复合乳液性能研究——改性蓖麻油羟基官能度不同的影响
• 5.1 引言
• 5.2 结果与讨论
• 5.2.1 粒径大小及分布
• 5.2.2 热稳定性研究
• 5.2.3 膜的热性能
• 5.2.4 相对分子量分布
• 5.2.5 MCPUs-PMMA复合乳液形态研究
• 5.2.6 胶膜的形态研究
• 5.2.7 MCPUs-PMMA膜机械性能及耐溶剂性
• 5.2.8 聚合物膜表面结构特性
• 5.3 实验部分
• 5.3.1 原材料
• 5.3.2 MCPU11-PMMA和MCPU2.7-PMMA的合成
• 5.3.3 分析测试
• 5.4 本章小结
• 6 MCPU/PMMA配比不同MCPUA复合乳液性能研究
• 6.1 引言
• 6.2 结果与讨论
• 6.2.1 MCPU/PMMA不同配比对MCPUA复合乳液性能的影响
• 6.2.2 膜的热性能
• 6.2.3 膜的热稳定性
• 6.2.4 乳液的形态
• 6.2.5 胶膜的耐水性和耐溶剂性
• 6.2.6 胶膜的机械性能
• 6.3 实验部分
• 6.3.1 原料
• 6.3.2 MCPUA复合乳液的合成
• 6.3.3 分析与检测
• 6.4 本章小结
• 7 乙烯基单体改性水性聚氨酯的研究
• 7.1 引言
• 7.2 结果与讨论
• 7.2.1 乳液性能比较
• 7.2.2 结构对比
• 7.2.3 热性能
• 7.2.4 热稳定性
• 7.2.5 X-射线衍射
• 7.2.6 胶膜的形态
• 7.2.7 力学性能
• 7.2.8 耐溶剂性能
• 7.3 实验部分
• 7.3.1 原料
• 7.3.2 合成实验
• 7.3.3 分析检测
• 7.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录 论文中主要符号说明
• 攻读博士学位期间发表学术论文情况
• 致谢
• 大连理工大学学位论文版权使用授权书