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固含量对聚碳酸酯基水性聚氨酯分散体性能的影响
2020年11月16日    阅读量:596    新闻来源:360资讯网 ChinaNews360.com  |  投稿

关键词:聚氨酯;水性化;热分析;剪切拉伸


背景:由于环境、健康和安全问题,水性聚氨酯分散体(PUDs)越来越受到胶粘剂和涂料行业研究人员的关注。事实上,开发PUDs体系主要是出于控制挥发性有机化合物排放到大气中的需要,当然也因为这些聚合物与对应的溶剂型聚合物相比具有优越的性能。聚碳酸酯二醇(PCD)已被广泛应用于制造具有良好力学性能的材料领域涂料在线coatingol.com。与聚酯和聚醚多元醇的使用相比,聚碳酸酯二醇制得的聚氨酯具有更好的耐水解性、优异的耐老化性和耐油性、更好的机械性能、更好的低温性能,同时可提高所得聚氨酯的耐候性。


关于固含量对水性聚氨酯分散体性能的影响的相关研究较少。Jung等通过合成不同固体含量(30%-50%)的水性聚氨酯分散体。结果发现,随着聚氨酯分散体中固体含量的增加,粒径增大,其粘度也受固体含量的影响;但固体含量对聚氨酯涂膜的力学性能和动态力学性能没有影响。Madbouly等以聚酯多元醇和异佛尔酮二异氰酸酯为原料制得水性聚氨酯分散体,研究了固体含量(24%-46%)对性能的影响。结果发现,分散体的粘度随固含的增加而增加,而固含量对聚氨酯涂膜的流变性能有很大影响;另外,聚氨酯分散体的固体含量也影响其树脂网络结构的形态。


考虑到现有文献研究的不足和以往研究结果的矛盾,西班牙利坎特大学García-Pacios等以聚碳酸酯为原料合成了几种固体含量不同的水性聚氨酯分散体。研究了固含量对聚氨酯结构性能关系的影响;其研究成果发表在《International Journal of Adhesionand Adhesives》。


研究内容


1.水性聚氨酯分散体的合成

按照NCO/OH比为1.5,制备了四种水性聚氨酯分散体。其中分散体的固体含量在37%-44%之间。将DEG含量设定为0.5%,DMPA的含量设定为5%(两者均以预聚物重量为基准)。


将大分子二元醇、IPDI、DEG和DMPA加入到装有机械搅拌器的玻璃夹套反应器中,反应在80℃下氮气下进行。当残余NCO值达到理论值(通过甲苯-二正丁胺法测试)时,控制转速450 rpm,在45-55℃时将预聚物溶解在丙酮中,直到完全溶解。然后用三乙胺(TEA)中和DMPA中的羧酸。


由于NCO基团与胺的优先反应性,先加入胺类扩链剂,以避免未反应的NCO基团与水的反应。最后在转速900 rpm下将聚合物分散在水中,残余丙酮通过旋蒸的方式除去。


2.水性聚氨酯胶膜的合成

使用聚氨酯胶膜测量一些性能,所述固体胶膜是通过将约100 cm3的聚氨酯分散体放置在聚四氟乙烯模具中,室温下放置72小时,允许溶剂缓慢蒸发。然后,在40℃下干燥胶膜8小时,以使水完全去除。所得薄膜厚度约为0.7~0.9mm。


聚氨酯的名称如表1所示,它由大写字母PU组成,后跟固体含量数值。

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结构表征与性能测试

作者对所合成的材料进行一系列的表征与性能测试。


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结论:

水性聚氨酯中固体含量的增加(或软段含量的增加)导致聚氨酯分散体的粒径分布和颗粒多分散性降低。另一方面,随着固体含量的增加,PUDs的粘度增加,从而降低了颗粒的流动性,从而降低了颗粒-颗粒相互作用的概率。


固体含量影响聚氨酯的红外波段的相对强度,显示出硬段含量的差异。另一方面,热重分析可以区分聚氨酯的分段结构。固体含量的增加,增加了与软段降解相对应的重量损失。因此,热稳定性随聚氨酯固体含量的增加而增加。


固体含量的增加降低了玻璃化转变温度,表明聚氨酯的相分离程度更高。另一方面,由于软段含量的增加,储能模量和损耗模量之间的交叉点向较低的模量方向移动。最后,固体含量的增加不影响剥离应力下的粘合强度。然而,由于硬段含量减少,固体含量增加,聚氨酯的抗剪强度降低,并出现内聚破坏。


参考资料:

Yin X, Dong C, Chai C, et al. Thermostability and flame retardance of green functional two-component waterborne polyurethane coatings with nanoparticles[J]. Progress in Organic Coatings, 2018,122:119-128.


标签:原材料涂装应用技术中心树脂
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