水性氨酯油的制备及表征

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水性聚氨酯(WBPU)由于其优异的综合性能和良好的环保效应,因而受到了广泛的重视。传统制备水性聚氨酯分散体的方法是在其分子链上引入离子型或非离子型的亲水基团,然而亲水基团的存在导致水性聚氨酯耐水性差和耐溶剂性差。相对于溶剂型聚氨酯产品,水性聚氨酯还存在快干慢、低光泽和耐候性差等缺点。为改善上述水性聚氨酯分散体的性能,本文将植物油作为多元醇引入到水性聚氨酯体系中,成功地制备了一种快干性、高光泽和耐水性好的水性氨酯油分散体(OMUD)。首先以亚麻仁油和三羟甲基丙烷为主要原料,在催化剂作用下制备了醇解中间体。主要研究了亚麻仁油和三羟甲基丙烷的配比、催化剂含量、反应温度和反应时间对醇解反应的影响,并确定醇解的最佳工艺条件为三羟甲基丙烷和亚麻仁油摩尔比为2.0:1,催化剂用量为0.04%,反应时间为120 min,反应温度为220℃。采用红外光谱(FT-IR)和核磁共振(~1H-NMR)对醇解过程中发生的化学变化和醇解中间体的结构进行了研究。利用醇解中间体、聚醚多元醇、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)和二羟甲基丁酸(DMBA)为阴离子单体,制备了一种阴离子型水性氨酯油分散体。重点研究了DMBA含量和醇解中间体含量对水性氨酯油涂膜的表干时间、光泽度和吸水率的影响,以及醇解中间体含量对水性氨酯油涂膜玻璃化转变温度的影响。试验采用扫描电镜(SEM)和激光粒度分布测试仪对分散体的粒子形态和粒径分布进行了表征;采用红外光谱(FT-IR)对成膜过程中发生的物理和化学变化进行了讨论;利用差式扫描量热法(DSC)和热重分析(TGA)对涂膜的玻璃化转变温度(Tg)和热分解温度(Td)进行了表征;采用万能电子力学试验机对涂膜的力学性能进行了表征。同时对OMUD和WBPU的性能进行了对比。研究结果表明:OMUD和WBPU的粒子均呈圆形,前者的粒径大于后者。OMUD的涂膜具有硬段玻璃化转变温度(Tg)和软段玻璃化转变温度。确定OMUD的最佳工艺条件为DMBA的含量为7 wt%、醇解中间体含量为45 wt%。涂膜表干时间为17 min,光泽度为90%,吸水率为20.1%。涂膜失重5 wt%的Td5为244℃。OMUD中的碳碳双键在成膜过程中发生反应。OMUD的涂膜表干时间、光泽度、吸水率和耐热性方面明显优于水性聚氨酯,达到了预期的目的。
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