聚硅氧烷基水性聚氨酯的制备及其性能研究

来源 :陕西科技大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:CHENYF20000
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
水性聚氨酯(WPU)以其环境友好特性备受科研工作者的青睐,但由于在合成过程中引入了亲水基团,导致其耐水性能较差。聚硅氧烷具有低表面张力、良好的疏水性等优点被用来改善WPU膜的耐水性。但是目前更多关注的是聚硅氧烷对WPU胶膜疏水性的改性效果,而忽略了其对WPU乳液稳定性的影响。本课题通过结构设计合成了三种不同结构的聚硅氧烷,并将其分别用于WPU的改性,并通过调节亲水基的结构和位置,获得兼具良好乳液稳定性和胶膜耐水性的WPU。并对WPU的乳液和胶膜的综合性能进行研究。具体研究内容如下。首先以三甲基氯硅烷(TMCS)对羟基硅油(HSO)进行部分封端制得单端羟基硅油(SHSO);然后以异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、聚己二酸1,4-丁二醇酯(PBA2000)、2,2-二羟甲基丙酸(DMPA)为原料合成聚氨酯预聚体(PPU);最后以SHSO为疏水剂、乳酸(LA)为亲水剂对PPU进行封端改性制得具有亲/疏水链端的水性聚氨酯(ATPU)。单因素实验结果优化出ATPU的最佳合成条件,即n(IPDI):n(PBA2000)为2.5,DMPA用量为3.0 wt.%,SHSO用量为10.0 wt.%。傅里叶红外光谱(FTIR)和核磁共振氢谱(1H-NMR)测定结果表明反应按照预期路线进行。X-射线衍射(XRD)测试结果表明:ATPU的结晶度下降;热重分析(TGA)结果表明:ATPU的初始分解温度降低,但其耐高温性能提高;原子力显微镜(AFM)和扫描电子显微镜(SEM)观察结果表明:ATPU的相分离程度增大;扫描电子能谱(EDS)检测结果表明:ATPU胶膜表面Si元素富集明显且比纵切面含量高24%。与未改性的WPU相比,ATPU乳液平均粒径降低了 46.52 nm,乳液更加稳定,ATPU胶膜的吸水率降低了 4.7%,水接触角增加了 19.9°,拉伸强度减小了 2.8 MPa,断裂伸长率增加了 78%。说明此改性方法同时提高了 WPU胶膜的耐水性和乳液稳定性。为避免封端剂对分子量的影响进而影响胶膜的综合性能,研究将亲水和疏水改性剂同时接枝到WPU分子侧链的改性效果。具体为:采用二乙醇胺(DEOA)对甲氧基聚乙二醇丙烯酸酯(mPEG-AC)进行改性制得N,N-二羟乙基氨基丙酸甲氧基聚乙二醇酯(SDPG);以SHSO为原料,与丙烯酰氯(AC)和DEOA两步反应后得到N,N-二羟乙基氨基丙酸聚二甲基硅氧烷酯(SDPSi);最后以SDPG和SDPSi作为亲水剂和疏水剂对PPU进行改性,制备得到两亲型梳状水性聚氨酯(SSPU)。单因素实验优化出最佳的反应条件为:n(IPDI):n(PBA2000)为 2.5,DMPA 用量为 3.0 wt.%,SDPG 和 SDPSi的用量均为10.0 wt.%。FTIR和1H-NMR分析结果表明反应按照预期路线进行。XRD测试结果表明:SSPU胶膜的结晶度下降;TGA结果显示SSPU的初始分解温度降低,但其耐高温性能提高;AFM和SEM观察结果表明:SSPU胶膜的相分离程度增加;EDS检测结果表明:SSPU胶膜表面Si元素富集明显且为纵切面含量的3倍。与WPU的性能进行了对比,结果表明:SSPU乳液平均粒径降低了 20.22 nm,说明乳液稳定性更好,SSPU胶膜的吸水率减小了5.3%,水接触角增加了 11.5°,硬度由3H下降到2H,抗张强度增加了4.6 MPa,断裂伸长率增加了 126%。说明此改性方法提高了 WPU的胶膜耐水性和乳液稳定性,同时力学性能也有所提高。上述两种改性方法降低了胶膜的硬度,增大了胶膜的相分离程度,同时对胶膜的力学性能改善较小,因此,进一步利用超支化的结构特性来改善这些缺陷。首先以γ-氨丙基三乙氧基硅烷(KH550)、二甲基二乙氧基硅烷(DMDES)和三甲基氯硅烷(TMCS)为原料合成了端氨基超支化聚硅氧烷(HPSi-NH2),然后将其作为后扩链剂用于PPU的改性,制得端氨基超支化聚硅氧烷改性水性聚氨酯(HSiPU)。单因素实验优化出最佳的合成条件为:n(IPDI):n(PBA2000)为 3.5,DMPA 用量为 5.0 wt.%,HPSi-NH2 用量为2.0 wt.%。在此条件下制备的HSiPU乳液呈现稳定的半透明状,FTIR和1H-NMR分析结果证明已成功合成了 HSiPU;XRD结果显示其结晶度降低;TGA结果表明:HSiPU的热稳定性提高;AFM和SEM观察结果表明:HSiPU的相分离程度减小;EDS检测结果表明:HSiPU胶膜表面和纵切面的Si元素分布较均匀。与未改性的WPU相比,HSiPU的乳液平均粒径由56.76 nm增至73.85 nm,胶膜硬度由3H变为4H,胶膜吸水率下降了 10.9%,水接触角增大了 26.3°,拉伸强度增加了 10.1 MPa,断裂伸长率增加了 183%。说明通过HPSi-NH2改性,提高了 WPU胶膜的耐水性、力学性能、热稳定性和硬度,同时胶膜的相分离程度减小。
其他文献
本课题以一类非线性系统为研究对象,基于动态面控制技术和自适应控制方法等理论,考虑系统动态性能与控制品质的关系、系统在拒绝服务攻击下的安全问题和系统协同控制等问题,研究一类非线性系统的改进自适应动态面控制问题。主要研究工作包括以下三个方面:1.针对一类不确定非线性系统,提出了基于非线性增益递归滑模神经网络自适应动态面状态反馈控制策略。将一种非线性增益函数引入到传统的动态面控制框架中,使得系统能够兼顾
氨纶是一种具有优异性能的合成纤维,具有较好的耐腐蚀性、耐热性、低温柔顺性以及较高的断裂伸长率与弹性回复率,被广泛应用于纺织、医疗、消防等领域。由于氨纶在使用过程中
探测器在天体表面软着陆的过程中,需要相控阵敏感器提供的距离与速度信息,这样才能够保证着陆器安全着陆在星体表面。因此,我们需要对雷达的系统性能进行验证。本文结合着陆
7xxx系铝合金因为具有密度小、比强度高、热处理强化效果好等优点,在汽车轻量化方面具有巨大的应用潜力。7xxx系高强铝合金的焊接性能较差,被称为难焊铝合金,采用传统熔焊技
自古以来,农村在经济、教育、医疗等各个方面要远落后于城市,但自从国家实施乡村振兴战略以来,农村地区发生了翻天覆地的变化。近年来,农村地区经济持续发展,农民收入不断增加,农村家庭财富值增长迅速。与此同时,国家为农村居民提供更多的金融服务,进而缓解农村家庭受到的信贷约束。因此,研究信贷约束对我国农村家庭财富有何影响,具有很强的现实意义。本文基于信贷约束这一全新的视角,来探讨其对农村家庭财富的影响。首先
随着信息化办公进程的加快,内部网络安全问题也变得愈加严峻。传统的外部防御系统很难应对具有低频性、高隐蔽性、多变性和高危性的内部威胁。为改善内部网络的安全性,基于内
良好的生态环境是经济发展的基础,经济发展不应以牺牲环境为代价,在发展经济的同时必须考虑环境因素。为了保护环境,企业与企业之间可能会达成环境协议,企业间环境协议是保护环境的有效方式,但同时也可能会限制竞争,触犯竞争法。企业在采取措施保护环境时竞争实力会被削弱,从而在竞争中处于不利地位,如果不允许一定程度的限制竞争,那么保护环境的企业就会受到竞争损失或者被市场淘汰,也会失去保护环境的动力。反垄断法作为
本文在当前新一轮财税体制改革的大背景下,在深入分析地方税及地方税体系内涵及外延的基础上,出于解决民族自治地区地方政府财政困境的考虑,站在构建完善的民族自治地区地方税体系的角度上,利用数据分析法和理论与实际相结合的办法对民族自治地区地方税体系构建进行相对深入的剖析,分析民族自治地区发展与国民经济的关系,分析民族自治地区地方税体系的历史沿革、现状及存在问题,兼与典型OECD国家进行对比分析,从完善顶层
超疏水微柱阵列因具有极短的液固接触时间,在防冻雨抗结冰领域具有广阔的应用前景,但目前已有的超疏水微柱阵列的加工方法存在效率低、成本高等问题,限制了超疏水微柱阵列的
纳米压痕测试技术在近三十年的应用和发展中取得了大量成果,现已逐渐发展成为材料微观力学性能测试的主流技术之一。但随着电子和计算机相关的精密制造技术的发展使得微小产