水溶性聚氨酯表面活性剂的合成与性能研究

论文摘要

本文采用2, 4-甲苯二异氰酸酯（TDI）、不同分子量的聚乙二醇（PEG）为主要原料共合成了10种不同的水溶性聚氨酯表面活性剂,其中包括3种非离子型、3种马来酸酐衍生阴离子型和4种聚酯型阴离子水溶性聚氨酯表面活性剂,通过FT-IR以及1HNMR对产物的分子结构进行了表征,并测定了所合成表面活性剂的性能。具体研究内容和结果如下:1.以甲苯2,4-二异氰酸酯（TDI）、聚乙二醇（PEG800、PEG1000和PEG2000）、马来酸酐（MA）和三羟甲基丙烷（TMP）为主要原料,合成了三种水溶性聚氨酯表面活性剂（B1 PEG800）、（B2PEG1000）和（B3PEG2000）,用FT-IR以及1HNMR对产物的分子结构进行了表征,并探讨了其最佳合成条件,同时对其CMC（临界胶束浓度）值、浊点和表面张力等性能进行了测定。结果表明,反应物在65℃反应4h,并且在反应过程中添加35mL丙酮/TDI/mol作为溶剂时产物的状态最好。用最大气泡法测得25℃B1PEG800的临界胶束浓度为0.5mol/L,此时的表面张力为33mN/m ; B2 PEG1000的临界胶束浓度为0.375mol/L,此时的表面张力为38.85mN/m; B3PEG2000的临界胶束浓度为0.25mol/L,此时的表面张力为47.5mN/m。溶液表现为牛顿型流体,并且随着分子量的增加,表面活性剂的浊点也随之增加。B1PEG800的浊点为39.6℃,B2 PEG1000的浊点为51.9℃,B3PEG2000的浊点为58.9℃。2.以三种分子量的聚乙二醇（PEG400、PEG800和PEG1000）、甲苯二异氰酸酯（TDI）、马来酸酐（MA）以及三乙胺（TEA）为主要原料合成出了三种新型的马来酸酐衍生阴离子型水性聚氨酯表面活性剂,并且采用FT-IR以及1HNMR对产物的分子结构进行了表征。加料顺序应该采用向PEG中加入TDI的方法;反应的最佳温度为65℃;当向溶液中加入的NaCl的浓度达到0.065mol/L时,溶液会产生浑浊。pH值对异氰酸酯反应影响较大,一般异氰酸酯与羟基化合物反应添加酸性催化剂,可以起到减慢链增长,抑制交联反应进行的效果。本文采用重量为0.05%的二月桂酸二丁基锡为催化剂。3.用聚乙二醇做嵌段和TDI预聚反应,然后用DMPA作阴离子中心进行亲水扩链,再用三乙胺中和,得到了性能优异的聚酯型阴离子水性聚氨酯表面活性剂。用FT-IR以及1HNMR对产物的分子结构进行了表征,证明-NCO和马来酸酐已全部反应。羧基含量在2.0%所得产品性能和外观都较好,并且随着-COOH含量的增加,分散体的粘度也随之上升。用叔胺做中和剂得到的水性聚氨酯外观较好,均匀稳定,并且中和度在90%～100%比较适宜。NaCl的添加促进了胶束的形成,使临界胶束浓度减小,且随着NaCl浓度的提高,体系降低表面张力的效率也有不同程度的增强。水溶性聚氨酯表面活性剂的泡沫稳定性能与乳化性能优异,随着疏水基链长的增加,泡沫性能降低。长疏水链表面活性剂的乳化性能明显优于短疏水链者。三种表面活性剂都可以有效的降低水的表面张力,非离子型水性聚氨酯表面活性剂的表面活性明显强于其它两种。而对于其它两种阴离子型水性聚氨酯表面活性剂来说,当浓度c<0.475mol/L时,马来酸酐衍生型水性氨酯表面活性剂的表面活性强于聚酯型阴离子型;当浓度c>0.500mol/L时,聚酯型阴离子型水性聚氨酯表面活性剂强于马来酸酐衍生型。水性聚氨酯表面活性剂的乳化和泡沫稳定性优异。聚酯型阴离子型水性聚氨酯表面活性剂的乳化性能明显强于非离子型和马来酸酐衍生型,而马来酸酐衍生型又强于非离子型;而泡沫稳定性正好相反,非离子型>马来酸酐衍生型>聚酯型阴离子型。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 文献综述
• 1.1 表面活性剂
• 1.1.1 表面活性剂的结构
• 1.1.2 表面活性剂的分类方法
• 1.1.3 表面活性剂的性能
• 1.1.4 表面活性剂的作用
• 1.1.5 表面活性剂未来的发展趋势
• 1.2 水性聚氨酯表面活性剂
• 1.2.1 水性聚氨酯表面活性剂的进展及应用
• 1.2.2 嵌段型水性聚氨酯表面活性剂
• 1.2.3 有机硅改性水性聚氨酯表面活性剂
• 1.2.4 有机氟改性水性聚氨酯表面活性剂
• 1.3 水性聚氨酯表面活性剂的制备
• 1.3.1 丙酮法
• 1.3.2 预聚体混合法
• 1.3.3 熔融分散法
• 1.3.4 酮亚胺-酮连氮法
• 1.4 本课题研究的目的、意义和内容
• 2 非离子水性聚氨酯表面活性剂的制备与性能测定
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 主要试剂
• 2.2.2 主要仪器
• 2.2.3 非离子型水溶性聚氨酯表面活性剂的制备
• 2.2.4 测试与表征
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 非离子型水溶性聚氨酯表面活性剂的光谱分析
• 2.3.2 反应温度对反应速率的影响
• 2.3.3 溶剂对反应速率的影响
• 2.3.4 反应时间的影响
• 2.3.5 表面活性剂流变性能的测定
• 2.3.6 表面活性剂临界胶束浓度的测定
• 2.3.7 浊点的测定
• 2.4 小结
• 3 马来酸酐衍生系列阴离子水性聚氨酯表面活性剂的制备与性能测定
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 主要试剂
• 3.2.2 主要仪器
• 3.2.3 马来酸酐衍生系列阴离子水溶性聚氨酯表面活性剂的制备
• 3.2.4 测试与表征
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 马来酸酐衍生系列阴离子水溶性聚氨酯表面活性剂的谱图分析
• 3.3.2 加料顺序的确定
• 3.3.3 反应温度对乳液稳定性的影响
• 3.3.4 溶液耐电解质稳定性的测定
• 3.3.5 溶液储存稳定性测定
• 3.3.6 催化剂的选择及用量
• 3.4 小结
• 4 聚酯型阴离子水溶性聚氨酯表面活性剂的制备与性能测定
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 主要试剂
• 4.2.2 主要仪器
• 4.2.3 聚酯型阴离子型水溶性聚氨酯表面活性剂的制备
• 4.2.4 测试与表征
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 聚酯型阴离子型水溶性聚氨酯表面活性剂的谱图分析
• 4.3.2 链段中COOH 含量对水性聚氨酯表面活性剂性能的影响
• 4.3.3 中和剂种类对水性聚氨酯表面活性剂的影响
• 4.3.4 中和度对产品的影响
• 4.3.5 电解质NaCl 对溶液表面张力的影响
• 4.3.6 乳化能力和泡沫稳定性的测定
• 4.3.7 三类表面活性剂的性能比较
• 4.4 小结
• 5 总结
• 5.1 论文主要结论
• 5.2 论文的主要创新点
• 参考文献
• 致谢