水可分散聚多异氰酸酯的结构与性能的研究

论文摘要

目前水性聚氨酯的固化剂多异氰酸酯的开发备受关注,尤其以水可分散聚多异氰酸酯的研究最为突出,其合成方法有用聚醚醇进行氨基甲酸酯化,对多异氰酸酯进行化学亲水改性,此方法促进了用聚醚改性多异氰酸酯的发展,但用这种方法合成的多异氰酸酯平均官能度低,并且和水性聚氨酯多元醇分散体混合涂膜后薄膜的交联密度较低,降低了其耐化学品性,所得材料最终性能不尽如人意。针对水可分散聚多异氰酸酯制备方法现状,本文利用异佛尔酮二异氰酸酯（IPDI）、3-环己胺基-1-丙烷磺酸（CAPS）等为主要原料,合成水可分散聚多异氰酸酯,并与聚酯多元醇、二羟甲基丁酸（DMBA）等为主要原料制得的羟基组分混合,得到一种耐水、耐溶剂及良好力学性能的聚氨酯硬薄膜,并利用红外光谱（FI-IR）和核磁共振法（1H-NMR）对其结构进行了表征；研究了CAPS的含量对水可分散聚多异氰酸酯性能的影响；-NCO/-OH当量比,DMBA的含量对水性聚氨酯多元醇分散体性能的影响；并且利用索氏提取器、万能电子力学试验机、摆杆硬度、动态热机械仪（DMA）等仪器对这两者混合制得的聚氨酯硬薄膜的交联度、拉伸性能、硬度以及玻璃化转变温度进行表征。研究表明：CAPS的亲水基团磺酸基团成功引入到多异氰酸酯分子链中,且得到的水可分散聚多异氰酸酯乳液的储存稳定性在半年以上；当反应物中-NCO/-OH的当量比为1.8：1,DMBA含量在7%～8%之间制得的水性聚氨酯多元醇分散体性能优异；随着混合后-NCO/-OH摩尔比的增大的成膜性变好,玻璃化温度增大,交联密度增大,耐水性也随之增大,拉伸强度增大,断裂伸长率减小。当-NCO/-OH的当量比为2：1,羧基（-COOH）含量为1.5～2%时,其薄膜拉伸强度高达到13.8MPa,玻璃化温度为53℃。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 概述
• 1.2 多异氰酸酯种类
• 1.2.1 甲苯二异氰酸酯（TDI）
• 1.2.2 4,4'-二苯基甲烷二异氰酸酯（MDI）
• 1.2.3 异佛尔酮二异氰酸酯（IPDI）
• 1.2.4 1,6-己二异氰酸酯（HDI）
• 1.3 三聚体
• 1.3.1 IPDI三聚体
• 1.3.2 TDI三聚体
• 1.4 多异氰酸酯的亲水改性
• 1.4.1 非离子亲水改性多异氰酸酯
• 1.4.2 3-（环己胺基）-1-丙烷磺酸亲水基团磺酸基改性多异氰酸酯
• 1.5 本课题的研究背景和内容
• 1.5.1 本课题的研究背景
• 1.5.2 本课题的研究内容
• 第2章 水可分散聚多异氰酸酯的结构与性能的研究
• 2.1 引言
• 2.2 试验部分
• 2.2.1 试验原料
• 2.2.2 试验仪器设备
• 2.2.3 原材料的预处理
• 2.2.4 水可分散聚多异氰酸酯的制备
• 2.2.5 性能测试
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 原料分析
• 2.3.2 IPDI三聚体的制备
• 2.3.3 水可分散聚多异氰酸酯的制备
• 2.3.4 亲水基团CAPS对水可分散聚多异氰酸酯乳液性能的影响
• 2.4 本章小结
• 第3章 水性聚氨酯多元醇分散体的合成与表征
• 3.1 引言
• 3.2 试验部分
• 3.2.1 试验原料
• 3.2.2 试验仪器设备
• 3.2.3 试验仪器设备
• 3.2.4 聚氨酯多元醇分散体的制备
• 3.2.5 性能测试
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 原料分析
• 3.3.2 聚氨醋多元醇分散体的制备
• 3.3.3 合成聚氨酯多元醇水分散体过程中红外（FT-IR）分析
• 3.3.4 粒径分布
• 3.3.5 乳液的外观
• 3.3.6 乳液旋转粘度的影响
• 3.4 本章小结
• 第4章 聚氨酯薄膜性能的研究
• 4.1 引言
• 4.2 试验部分
• 4.2.1 主要原料
• 4.2.2 主要仪器设备
• 4.2.3 聚氨酯薄膜的制备
• 4.2.4 表征方法
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 聚氨酯薄膜结构表征
• 4.3.2 成膜性及其外观
• 4.3.3 聚氨酯薄膜交联度的影响因素
• 4.3.4 聚氨酯薄膜力学性能的影响因素
• 4.3.5 聚氨酯薄DMA测试
• 4.3.6 聚氨酯薄耐水性的测试
• 4.4 本章小结
• 结论
• 附录
• 附录A
• 附录B
• 附录C
• 参考文献
• 致谢