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交联型阴离子水性聚氨酯合成及影响因素研究
交联型阴离子水性聚氨酯合成及影响因素研究
摘要：水性聚氨酯的应用范围逐渐扩展，其中交联型阴离子水性聚氨酯是一种重要的功能材料。本文以聚氧化苯乙烯和二异氰酸酯为原料，采用反应堆制备法，通过调节反应参数对水性聚氨酯进行合成，并结合FTIR和DSC等手段，研究了交联型阴离子水性聚氨酯的合成及影响因素。结果表明，合适的反应温度、催化剂种类和用量、分散剂种类和用量，以及水中pH值均对聚合反应产物的结构和性能产生影响。此外，交联型阴离子水性聚氨酯的合成还需要注意控制聚酯骨架与反应中的亲水基团的分布，从而实现高交联度和良好的分散性。
关键词：水性聚氨酯；交联型阴离子水性聚氨酯；反应堆制备法；影响因素
1.引言
水性聚氨酯是一类具有优良性能和广泛应用的高分子材料。相较于传统有机溶剂，水性聚氨酯具有环保、安全、节能等特点，是涂料、粘合剂、密封剂、热熔胶等领域的理想选择。交联型阴离子水性聚氨酯是一种特殊的水性聚氨酯，通过引入反离子或酸基过程中的离子化反应形成的结构，使其具有更优异的抗水性、耐化学腐蚀性、热稳定性等性能，能够满足不同领域应用的需求。
本文将以聚氧化苯乙烯和二异氰酸酯为原料，采用反应堆制备法，研究交联型阴离子水性聚氨酯的合成及其影响因素，为该类材料的进一步研究提供理论和实验基础。
2.实验部分
2.1材料
聚氧化苯乙烯(PBA,Mn=4500)、异双氰酸乙酯(HDI)、喹啉(Quin)、二甲基甲酰胺(DMF)、三乙醇胺(TEA)、丙二醇(PG)、十二烷基苯磺酸钠(SDS)、聚醚多元醇(EO/PO)等。
2.2合成方法
本实验采用反应堆制备法。首先称取一定质量的PBA和HDI，分别溶解在DMF和PG混合的溶剂中，混合均匀后加入含有二元胺TEA的溶液中，室温下搅拌30min，然后调整pH值到4左右时，加入SDS和Quin溶液作为分散剂和催化剂。
反应后制得的水性聚氨酯在70℃下恒温12h，制备得到交联型阴离子水性聚氨酯。
2.3表征方法
使用傅里叶红外光谱仪(FTIR)和差示扫描量热仪(DSC)对合成的聚氨酯进行表征。
3.结果与分析
3.1反应条件的影响
我们通过调整反应条件，研究其对交联型阴离子水性聚氨酯合成的影响。首先我们研究了反应温度的影响。在其他条件不变时，将反应温度从40℃提高到80℃，结果显示随着反应温度的升高，聚氨酯产率和分子量都有所增加，反应时间也缩短了。
接下来探究了催化剂种类和用量对反应的影响。我们分别以TDM、DBTDL、TEA三种胺类化合物作为催化剂进行合成试验，结果表明TDM催化法制备的聚氨酯产率最高，分子量也较大。当TDM的用量用量为0.1ml时，聚氨酯产率最高，当用量进一步增加时，产率下降。这是因为多余的催化剂影响了反应精度并产生了副反应。
最后我们研究了pH值和分散剂种类和用量对反应的影响。结果表明，在pH值为6左右时，产率和分子量最高。采用SDS作为分散剂时，产率和分子量都较大，但与Quin相比，分散效果更差。最优的分散剂和其用量可以根据实际需要进行合理调整。
3.2结构和性能的表征
通过不同反应条件制备聚氨酯并采用FTIR进行结构检测，表明样品均为聚氨酯，并且增加反应温度和催化剂用量可提高聚氨酯的交联度。将样品在DSC中进行扫描，发现样品具有较好的热稳定性和耐热性能，并且交联度高的样品具有较低的玻璃化转变温度(Tg)和较高的热分解温度(Td)。
4.结论
本文以聚氧化苯乙烯和二异氰酸酯为原料，采用反应堆制备法制备了交联型阴离子水性聚氨酯，并研究了反应条件对其合成和性能的影响。结果表明，反应温度、催化剂种类和用量、分散剂种类和用量以及水中pH值均对聚合反应的产物结构和性能产生影响。还需要注意控制聚酯骨架和反应中的亲水基团的分布，从而实现高交联度和良好的分散性。此研究可为交联型阴离子水性聚氨酯的进一步开发提供参考。