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本文以聚乙二醇(PEG)、甲基丙烯酸(MAA)、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)和烷基醇为主要原料,合成了非离子反应型聚氨酯表面活性剂。合成过程分两步:(1)以对甲苯磺酸为催化剂、对苯二酚为阻聚剂,甲苯作带水剂,合成了甲基丙烯酸聚乙二醇单酯的单酯。最佳合成条件:n(PEG)∶n(MAA)=1∶1.10,反应温度120℃,催化剂用量为5%,阻聚剂用量2%,酯化率可达78.5%以上。(2)在二月桂酸二丁基锡(DBTDL)的催化下,将提纯后的单酯产物和烷基醇与IPDI反应,合成两端封端的反应型聚氨酯表面活性剂。最佳合成条件:选择二月桂酸二丁基锡为催化剂;加料顺序为IPDI与酯化产物先反应,后与烷基醇反应;第1步最佳反应温度60℃,反应时间2h,第2步反应温度65~70℃,反应时间2~2.5h。通过红外光谱、核磁共振谱对合成的产物的结构得到了确认。
对合成的反应型聚氨酯表面活性剂进行了一系列物化性能的测试。实验证明此类表面活性剂有较高的表面活性,临界胶束浓度CMC值可达10-5mol/L。此外,也具有较好的乳化能力,其乳化性能优于传统的乳化剂SDS,且随着分子中疏水链段的增加,其乳化能力具有明显增强的趋势;根据Griffin法计算三种产物的HLB值均在8以上,亲水性较好,可以作为O/W型乳化剂。
将反应型聚氨酯表面活性剂应用于丙烯酸酯乳液聚合中,确定了最佳合成配方:单体配比MMA∶BA=60∶40,引发剂用量为0.5%,反应型乳化剂用量为4%。所得到的乳液稳定性能好,涂膜耐水性能也最佳。与常规乳化剂SDS所制得的乳液进行对比,自制反应型聚氨酯表面活性剂所合成的乳液聚合性能、乳液稳定性及胶膜热稳定性都得到了提高,且乳胶粒子分布比较均匀,形状比较规整,但粒径比常规乳胶的粒径要大。