水性饱和聚酯的制备与性能研究

化学工程师 Chemical Engineer 2013年第6期 

文章编号:1002—1 124(2013)06一o047一o4 ・环・: 水性饱和聚酯的制备与性能研究 

陈典炜,曾敬荣,江俊鸿,杨雁,王正平 

(广州大学化学化工学院。广东广州510006) 摘要:本文针对水性聚酯树脂的特点,对水性聚酯合成原料选择及各原料对聚酯树脂性能的影响进行 了分析,确定了作为涂料成膜材料水性聚酯原料——多元酸和多元醇选择与配伍的基本依据和原则,论述了 羧基型水性聚酯、磺酸盐型水性聚酯的合成方法及聚酯树脂水性化各种方法的特点,对水性聚酯的开发与应 用前景作了展望。 关键词:水性涂料;聚酯树脂;缩聚;合成 中图分类号:TQ322.4 文献标识码:A Synthesis and property research of water saturated polyester’ CHEN Dian-wei,ZENG Jing—rong,JIANG Jun—hong,YANG Yan,WANG Zheng—ping (Institute of Chemistry&Chemical Engineering,Guangzhou University,Guangzhou 510006,China) Abstract:According to package characteristics of waterborne polyester resin,the selection of raw materials and the influence of the materials on the properties of product were analysised,the basic foundation and principle that polybasic acid and polyhydric alcohol as raw materials of coating film material waterborne polyester were se— lected and combined was confirmed,the methods of carboxyl type waterborne polyester,sulfonate type waterborne polyester synthesis and preparation of waterborne polyester resin were reviewed,and the exploitation and applica— tion prospect of waterborne polyesters were presented. Key words:waterborne coating;polyester resin;polycondensation;synthesis 

随着社会的发展和人们环保意识的提高,作为 美化环境和提高产品装饰性能的涂料对环境的影 

响,得到人们的广泛关注,针对涂料中的有机挥发 物(voc)的排放,各国、特别发达国家均制定了相 

应的法规严格限制…。油溶性涂料含有大量有机溶 剂,有机溶剂的挥发不仅污染环境、而且浪费资源。 

为此,、粉末涂料、光固化涂料、和高固体分涂料,特 

别是水性涂料,作为环保性涂料已成为涂料主导的 发展方向。水性涂料作为环保型涂料最重要的一 

种,具有可实现工艺方法和途径多、应用范围广、生 产安全、施工相对简单方便等优点,受到涂料研发、 生产企业、使用企业的广泛关注和青睐【2,3]。 

溶剂型聚酯树脂合成及涂料技术已十分成熟, 聚酯的涂膜综合性能十分优越,但油溶性涂料大量 

有机溶剂的使用,对生产、储存、使用均存在隐患, 对环境均产生不良的影响,聚酯树脂的水性化已成 为一种必然的趋势[4J引。水性化的聚酯树脂涂料可广 泛应用于金属和塑聚、木器表面的保护和装饰,其 涂膜具有丰满度高、光泽高、附着力强、耐冲击性优 

良等特点。但由于水性化后的的聚酯树脂存在水解 的倾向,导致水性聚酯的应用受到了一定的限制。 

随着人们对聚酯树脂水解原理认识的提高,通过原 料的选取、原料配比的优化设计,可以很好地解决 

水溶性聚酯树脂的耐水解性的问题[6】。水性聚酯链 

段一般含有一定数量的羟基和羧基,其酸值在35 60rag KOH・g- 之间,链段封端的羧基用胺中和成 

盐,赋予聚酯树脂的水溶性。控制聚酯树脂的酸值 和中和程度,可以得到水性化程度不同的水性聚酯 树脂,如水溶型、乳液型等几种体系。水性化的聚酯 

树脂既可与水溶性氨基树脂配制成水性金属烘漆, 也可与亲水性多异氰酸酯配制成双组分水性自干 漆,用于木器和塑料等材料表面的涂饰。 

1水性饱和聚酯合成原料择取的一 

般原则 

收稿日期:2013—02—20 基金项目:广州大学大学生创 fI练项目资金支持 聚酯树脂是由多元醇和多元酸经过酯化缩聚 作者简介:5EiE ̄z(1958一),男,教授,博士生导师,现任广州大学化学 而制得,择取不同的多元醇和多元酸及不同的原料 化工学院实验中心主任,目前主要从事水性聚合物的合成 配比可以得到不同类型和性能的聚酯树脂,原料的 与应用方面的研究。

 陈典炜等:水性饱和聚酯的制备与性能研究 2013年第6期 

种类及原料间的配比决定着聚酯树脂及聚酯涂料 

的主要性能。下面就制备水性聚酯的多元醇和多元 酸原料选择的一般原则进行介绍。 

1.1 多元醇选择的原则 

水性化的聚酯树脂的制备常用多元醇有新戊 二醇(NPG)、季戊四醇(PE)、三羟甲基丙烷(TMP)、 

乙二醇(EG)和环已烷二醇(CHDM)等。多元醇的选 择,应从聚酯树脂性能的要求、性价比、耐水解稳定 

性和高温稳定性等方面来考虑。一般而言,同等条 件下,通常酯化速度越快,生成聚酯的耐水解性稳 

定性越差,EG和CHDM酯化的反应速度比NPG明 显地快,而NPG合成的聚酯具有比CHDM或EG合 

成的聚酯更好的耐水解稳定性。 三羟甲基丙烷作为一种三元醇,在聚酯合成中 

起到一种支化作用,支化率的大小直接影响树脂的 粘度,三羟甲基丙烷用量过多时,聚酯树脂的粘度 

较大,易导致搅拌困难,影响反应过程的传热和传 

质,甚至导致凝胶,使反应无法进行,三羟甲基丙烷 占多元醇的摩尔数一般不宜超过10%。 2,2一二羟甲基丙酸作为另一种可供选择的多 

元醇,其羧基处在高位阻的叔碳位置上,在醇酸缩 合反应过程中,羟基可以快速的酯化,而羧基能得 

以较好的保存。虽然二羟甲基丙酸中的羧基酯化位 阻较强,但其中和成盐还是极易实现的,为聚酯树 

脂的水性化提供了一种方法,由于二羟甲基丙酸中 

的叔碳高位阻效应,赋予该结构的聚酯链段具有良 好的耐水解稳定性。 

Newman针对聚酯耐水解稳定性的结构判定, 提出了的“六的法则”的判定方法,该方法建立了聚 

酯的相对耐水解能力与位阻效应之间的一种量化 关系,为制备水性聚酯的多元醇选择提供了依据。 Newman的“六的法则”的方法,即以羧基上的氧为 

序号1,给酯结构的分子链按顺序依次编号,其第6 位置上的原子取代基的数目越大,聚酯链段结构的 

耐水解的稳定性越好,同时编号为7位置上的基团 对酯基的耐水解稳定性也有一定的贡献,聚酯链段 结构的耐水解程度可用位阻因子进行量化比较,即 

位阻因子=4×编号为6的原子数+编号为7的原 子数。位阻因子越大,表示其酯基耐水解性能越好【 l。 

以新戊二醇为例,如图1,新戊二醇位阻因子=4× 

3+9=21。其原因在于聚酯的酯基周围存在分支,在 

一定程度上有效地阻碍了水分子对酯键的靠近,从 

而提高了聚酯树脂的耐水解性。而乙二醇的位阻因 

子仅为l3,其对应的酯键耐水解性较差。三羟甲基 ,H\7 1l}I7 1 

一韭 军海中 

\ 。。 

表1新戊二醇与多元酸形成聚酯树脂链段的 玻璃化转变温度 Tab.1 transformation temperature of vitrification of segmer polymerized by dimethyltrimethylene glycol and polyaci

d 2013年第6期 陈典炜等:水性饱和聚酯的制备与性能研究 49 

表1可见,聚酯树脂的玻璃化转变温度决定了 聚酯涂料成膜后的漆膜的主要性能,表1对于选择 

多种多元酸制备聚酯树脂的玻璃化转变温度设计 及漆膜性能预测有一定的指导意义。 

己二酸是常用来合成聚酯树脂的二元酸,由于 其长链结构,属于柔性分子,所以漆液粘度很低,漆 

膜韧性很好;但其胶化时间较长、漆膜硬度和附着 力较差,一般不单独使用。芳香二元酸具有苯环结 

构,属于硬性分子结构,树脂相对粘度较大,漆膜硬 度和附着力都很好。因此己二酸与芳香二元酸配合 

使用所制备的聚酯树脂,具有良好的韧性和硬度。 作为成膜材料的水性聚酯树脂的玻璃化温度,通常 

控制在20~30℃之间为宜。 

2水性聚酯树脂的合成方法 

2.1熔融法 

熔融法制备水性聚酯树脂,通常是将多元醇、 

芳香多元酸、脂肪多元酸等一次性加人反应釜,升 温至反应原料具有一定的流动性后开启搅拌,在适 

当的温度下(200 240℃)下进行酯化和缩聚反应。 在水性聚酯树脂合成的全过程中,在搅拌的状态 下,需通人惰性气体N 或CO 保护,可有效的防止 

反应物氧化变色,相对而言,使用CO 更具商业价 

值。通过观察酯化反应产生的水量,可以判断酯化 和缩聚反应进行的程度。熔融法在合成聚酯树脂的 过程中无需引人溶剂,工艺过程简单易行。熔融法 

制备聚酯的过程中反应温度较高,易导致部分二元 

醇(新戊二醇)的汽化和升华;易导致羟基之间的脱 水缩合副反应的发生;上述两个方面均会导致羟基 

和羧基的比例失衡,偏离聚合物性能预先设想的结 果,严重时可能导致缩聚反应失败。采用熔融法制 

备聚酯时,需对反应过程中的羟基损耗的有足够的 估计,才能制备出预期性能的聚酯树脂,通常羟基 较理论设计量过量8±2%为宜。 

2.2溶剂法 

溶剂法制备水性聚酯树脂,是利用有机溶剂作 共沸带水剂,实现聚酯树脂酯化缩聚的完成。通常 

在酯化初始阶段加入反应物总量的5%~10%的有 机溶剂(--甲苯居多)。可以通过调整溶剂在反应体 

系的量,调整体系的反应温度,在聚酯树脂制备过 程中产生的水与有机溶剂形成的共沸气体冷凝后, 

经由自动油水分离器,有机溶剂通过溢流的方式返 回到反应釜。通过分水器中聚集的水量,可以判断 酯化反应进行的程度。溶剂法制备聚酯树脂过程相 对容易控制,反应温度可以通过增减溶剂量来进行 

调节。溶剂法制备的聚酯树脂,由于引入了有机溶 剂的回流,制备的聚酯树脂颜色较浅。在聚酯树脂 

合成的后期,反应体系黏度较大,反应引入的溶剂, 

即使在真空的条件,也很难将树脂中的有机溶剂全 部分离出来,较多的有机溶剂残留在聚酯树脂中, 这与水性聚酯树脂的环境友好的理念还有一定距 离。 

3聚酯树脂水性化常用方法 

3.1成盐法 

聚酯树脂的水性化,通常是将羧基引入到聚酯 树脂的链段中,并用胺中和成盐,可以获得水溶性 良好的水溶性聚酯树脂。聚酯树脂引入羧基一般有 

两种方法:(1)将羧基引入到聚酯树脂主链段,通常 选用具有新戊基结二羟甲基丙酸(DMPA)以多元醇 

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水性聚氨酯的制备与性能

水性聚氨酯的制备与性能

第一章 聚氨酯(PU)相关概述

1.1 聚氨酯简介

1.1.1聚氨酯的定义

聚氨酯,中文名称聚氨基甲酸酯。英文名:polyurethane,是主链上含有重复

氨基甲酸酯基团 (NHCOO )的大分子化合物的统称。它是由有机二异氰酸酯

或多异氰酸酯与二羟基或多羟基化合物加聚而成。聚氨酯大分子中除了氨基甲酸

酯外 ,还可含有醚、酯、脲、缩二脲 ,脲基甲酸酯等基团。

用途:根据所用原料的不同,可有不同性质的产品,一般为聚酯型和聚醚型

两类。可用于制造塑料、橡胶、纤维、硬质和软质泡沫塑料、胶粘剂和涂料等。

制备来源:由二元或多元异氰酸酯与二元或多元羟基化合物作用而成的高分

子化合物。

聚氨基甲酸酯,是分子结构中含有—NHCOO—单元的高分子化合物,该单

元由异氰酸基和羟基反应而成,反应式如下:

—N=C=O + HOˉ → —NH-COOˉ

聚氨酯的发现:20世纪30年代,德国Otto Bayer 首先合成了TPU。在1950

年前后,TPU作为纺织整理剂在欧洲出现,但大多为溶剂型产品用于干式涂层

整理。20世纪60年代,由于人们环保意识的增强和政府环保法规的出台,水系

TPU涂层应运而生。70年代以后,水系PU涂层迅速发展,PU涂层织物已广泛

应用。80年代以来,TPU的研究和应用技术出现了突破性进展。与国外相比,

国内关于PU纺织品整理剂的研究较晚。

1.2 水性聚氨酯的概念

水性聚氨酯是以水代替有机溶剂作为分散介质的新型聚氨酯体系,也称水分

散聚氨酯、水系聚氨酯或水基聚氨酯。水性聚氨酯以水为溶剂,无污染、安全可

靠、机械性能优良、相容性好、易于改性等优点。聚氨酯树脂的水性化已逐步取

代溶剂型,成为聚氨酯工业发展的重要方向。水性聚氨酯可广泛应用于涂料、胶

粘剂、织物涂层与整理剂、皮革涂饰剂、纸张表面处理剂和纤维表面处理剂。

1.3 水性聚氨酯的发展历程 聚氨酯乳液的开发几乎是同聚氨酯树脂工业化发展同步的。但早期的研究进

程大大地落后于聚氨酯工业的发展。1943年德国一位化学家斯克拉克(P.Schlack)

水性聚氨酯的制备与性能 2

水性聚氨酯的制备与性能 2

水性聚氨酯的制备与性能

一、引言

水性聚氨酯是一种有机合成材料,它结合了传统合成材料的柔韧和环境友好的性能,受到了广泛的应用。目前,水性聚氨酯已经在许多行业得到广泛应用,包括建筑、汽车、印刷包装、家具等行业。本文将介绍水性聚氨酯的制备方法和性能特征。

二、水性聚氨酯的制备

1、原料的准备

水性聚氨酯的主要原料有氨基甲酸酯、甲醛和水,这些原料可以分别从工业原料和生物质中获得。氨基甲酸酯是构成水性聚氨酯结构的主要成分,甲醛作为活性剂可以加快氨基甲酸酯的反应,而水则可以作为反应介质和稀释剂。

2、合成过程

在水性聚氨酯制备过程中,氨基甲酸酯和甲醛在反应介质水的催化下发生加成反应,形成聚氨酯聚合物。反应可以分为电解质催化和非电解质催化两种方法,可根据需要选择合适的催化方法。电解质催化方法是通过电解把氨基甲酸酯和甲醛转变为氧化态或还原态,以实现加成反应;而非电解质催化方法是通过酶催化氨基甲酸酯和甲醛发生加成反应。

三、水性聚氨酯的性能特征

1、耐久性

水性聚氨酯制备及应用论文

水性聚氨酯制备及应用论文

水性聚氨酯的制备及应用

[摘要]该文综述了水性聚氨酯的制备方法及其主要原料、水性聚氨酯的应用。探讨水性聚氨酯的发展前景。

[关键词]水性聚氨酯 制备 应用 发展

水性聚氨酯是60年代发展起来的高分子材料,由于其优异的性能,越来越受到人们的青睐。水性聚氨酯以水作为分散介质,具有不燃、无毒、无污染、节省能源及易贮存等优点,使用方便。同时具有溶剂型聚氨酯的一些重要性能特征。随着人们环保意识的日益增强和各国安全、环保法规的确立和日益强化,传统溶剂型聚氨酯的应用越来越受到限制,水性聚氨酯取代溶剂型聚氨酯将成为必然。

一、水性聚氨酯的制备

主要原料是多异氰酸酯与聚醚或聚酯多元醇,利用多异氰酸酯中-nco基与醇中的-oh基反应生成聚氨酯预聚体,经过扩链后,用封端剂封端成为阴离子的水溶性聚氨酯化合物。

1、多异氰酸酯的选择

多异氰酸酯可使用甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、脂肪族主要有六亚甲基二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯。其中甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯国内已经工业化生产。一般而言,制备水性聚氨酯应采用活性较低的多异氰酸酯。芳香族异氰酸酯制成的产品受日光照射后易泛黄,脂肪族异氰酸酯制品耐日光性较好。

2、多元醇的选择

水性聚氨酯合成用低聚物多元醇主要包括聚醚型、聚酯型两大类,它构成聚氨酯的软段,但两类不能在均相中相互混合使用。常用的原料只有聚酯二醇;而聚醚二醇、聚碳酸酯二醇使用较少。聚酯多元醇制品强度高,但耐水解性差;聚醚多元醇制品成本低,耐水解性能好,为提高聚酯型水性聚氨酯的贮存稳定性提供了原料支持。

3、扩链剂的选择

为了调节分子量及软、硬段比例,在水性聚氨酯合成中常使用扩链剂。常用的扩链剂为二官能团的二醇、二胺类。当-oh/-nco或-nh2/-nco>1时,只起扩连作用;若-oh/-nco或-nh2/-nco<1时,则既起扩链作用,又起交联作用。常用的脂肪族多元醇有:乙二醇、一缩二乙二醇、1,2-丙二醇、一缩二丙二醇、1,4-丁二醇,有时也加入少量的tmp(三羟甲基丙烷)引入适量的分支,改善性能。常用的胺类扩链剂是脂肪族和脂环族二胺或三胺、胺封端的聚醚、肼和它的衍生物。胺类扩链剂反应活性高,毒性大。

水性预涂卷材涂料的外观性能研究禹东洋

水性预涂卷材涂料的外观性能研究禹东洋

水性预涂卷材涂料的外观性能研究 禹东洋

发布时间:2022-03-20T11:13:03.111Z 来源:《时代建筑》2021年11月上 作者: 禹东洋

[导读] 目前我国的现代化建设的发展迅速,以水性饱和聚酯树脂作为主体树脂,制备了一种水性预涂卷材涂料面漆。

禹东洋 41282219******3792 山东省青岛市 266111

摘要:目前,我国的现代化建设的发展迅速,以水性饱和聚酯树脂作为主体树脂,制备了一种水性预涂卷材涂料面漆。对所制备的水性预

涂卷材涂料的润湿、流平及消泡体系进行了系统研究,包括:水性色浆的研磨工艺和水性面漆的配漆工艺;润湿、流平及消泡剂的种类、

用量及复配方式等;水性卷材涂料的助溶剂体系等。结果表明:所制备的水性预涂卷材涂料解决了因涂料润湿、流平或消泡性能不足所引

起的涂层外观缺陷问题;涂层性能基本与溶剂型卷材涂层一致,符合国家对化工行业环保、安全的要求。

关键词:水性预涂卷材涂料;外观性能;研究

引言

室内水性膨胀型钢结构防火涂料是以水为分散介质,涂层厚度不超过3mm的涂料。该类涂料遇火膨胀发泡,形成比涂层厚几倍以上的致密炭层,进而有效阻止火焰蔓延,为火灾扑救赢得时间。目前,人们对此类涂料的研究主要停留在配方上,对结构和性能的深入研究较

少。

1重要性

环氧树脂作为一种常见的涂料原料,凭借其较强的附着力和耐化学品性,被广泛应用在各个领域。但传统环氧树脂涂料溶剂中,存在溶剂含量大,易于挥发等问题。为解决环氧树脂涂料中溶剂带来的影响,以水介质代替传统溶剂制备的水性涂料开始受到热捧,但受技术

限制,导致当前对水性环氧树脂涂料的研究还不够深入,仅有部分学者进行了研究,如:张玥等人从固化机理出发,希望通过探究水性环

氧树脂涂料的固化机理,找到最适宜的固化剂结构设计;于凯烁从助剂方面出发,探究了在制备水性环氧树脂涂料的过程中,助剂的添加

量对涂料性能的影响,并初步确定在制备工艺中最佳助剂添加量为分散剂1.5%、润湿剂0.2%、流平剂0.3%。基于以上研究,本试验尝试在

《水性聚氨酯-石墨烯-碳纳米管复合材料的制备及性能研究》范文

《水性聚氨酯-石墨烯-碳纳米管复合材料的制备及性能研究》范文

《水性聚氨酯-石墨烯-碳纳米管复合材料的制备及性能研究》篇一

水性聚氨酯-石墨烯-碳纳米管复合材料的制备及性能研究一、引言

随着新材料科学的发展,复合材料因其卓越的物理、化学性能成为了科研的热点。特别是在高分子复合材料领域,以水性聚氨酯(WPU)为基础,加入石墨烯(Graphene)及碳纳米管(Carbon Nanotube)制备的复合材料因其优良的机械、导电及热稳定性能在许多领域获得了广泛的应用。本文将对水性聚氨酯/石墨烯/碳纳米管复合材料的制备工艺及性能进行研究。

二、复合材料的制备

(一)材料与方法

本实验采用水性聚氨酯、石墨烯和碳纳米管为主要原料,通过物理混合和化学交联的方式制备复合材料。具体步骤包括原料准备、混合、搅拌、交联反应等过程。

(二)制备过程

1. 将水性聚氨酯与适量的去离子水混合,搅拌均匀;

2. 加入石墨烯和碳纳米管,进行高速搅拌使混合物充分分散;

3. 加入适量的交联剂,继续搅拌至混合物变得均匀且无明显颗粒; 4. 将得到的复合材料倒入模具中,进行适当的固化处理,得到最终的复合材料。

三、性能研究

(一)机械性能测试

通过拉伸试验和硬度测试等方法对复合材料的机械性能进行评估。实验结果表明,石墨烯和碳纳米管的加入显著提高了水性聚氨酯的拉伸强度和硬度。

(二)导电性能测试

通过四探针法对复合材料的导电性能进行测试。结果表明,碳纳米管的加入显著提高了复合材料的导电性能,而石墨烯的加入则进一步增强了这一效果。

(三)热稳定性能测试

通过热重分析(TGA)对复合材料的热稳定性能进行评估。实验结果显示,石墨烯和碳纳米管的加入显著提高了水性聚氨酯的热稳定性,使其在高温环境下具有更好的性能表现。

四、结果与讨论

(一)制备工艺对性能的影响

实验发现,制备过程中搅拌速度、交联剂用量、固化条件等因素对复合材料的性能有显著影响。通过优化这些工艺参数,可以得到性能更优的复合材料。

(二)石墨烯和碳纳米管的作用机制

聚酯型水性聚氨酯的合成与性能研究

聚酯型水性聚氨酯的合成与性能研究

第30卷第8期 2007年8月合肥工业大学学报(自然科学版)JOURNALOFHEFEIUNIVERSITYOFTECHNOLOGYVol.30No.8 Aug.2007 收稿日期:2006207206作者简介:吕建平(1956-),男,安徽郎溪人,博士,合肥工业大学副教授.聚酯型水性聚氨酯的合成与性能研究

吕建平, 梁亚平, 魏颖娣

(合肥工业大学化学工程学院,安徽合肥 230009)

摘 要:采用异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)与聚酯二元醇和二羟甲基丙酸(DMPA)反应制得聚酯型水性聚氨酯乳液,讨论了-NCO与-OH摩尔比值、反应温度、扩链剂种类及催化剂等对水性聚氨酯乳液及其涂膜性能的影响。研究结果表明:较好的反应条件为初始-NCO与-OH摩尔比值216~410之间,反应温度80℃。在此反应条件下,采用二月桂酸二丁基锡/三乙胺复合催化剂及二乙烯三胺/乙二胺复合扩链剂可以得到具有良好储存稳定性、耐水性和物理性能的聚酯型水性聚氨酯。关键词:水性聚氨酯;聚酯;合成;物理性能中图分类号:O631 文献标识码:A 文章编号:100325060(2007)0820988204

Synthesisofpolyesterwaterbornepolyurethane

andrelatedphysicalproperties

LU・・Jian2ping, LIANGYa2ping, WEIYing2di(SchoolofChemicalEngineering,HefeiUniversityofTechnology,Hefei230009,China)

Abstract:Thewaterbornepolyurethanedispersion(WPU)wassynthesizedbythereactionofisophor2

onediisocyanate(IPDI)withpolyesterglycolanddimethylolpropionicacid(DMPA).Theeffectsofthe

基于ipdi的水性聚氨酯的合成与性能研究(1)

IV V 致谢

本文在论文的立题、实验的过程和论文的撰写等方面都得到了史铁钧老师

的大力帮助和支持。两年来,在导师悉心的教导下,我学习到了很多知识。导

师渊博的知识、严谨的治学态度以及富于创新的精神为我的实验研究提供了坚

实的基础和正确的方向,使我在学习方面少走了很多弯路;在生活中,导师为

人正直、平易近人、和蔼可亲对我性格的塑造产生了很好的影响。总之,他是

我一生学习的榜样。在此,我特向史老师致以真诚的谢意。

感谢课题组师兄周讯和张丽园,师姐周海鸥,陈苏锋、张明、文听雷、刘

苗、张方、王启东、吴竟等在实验和生活中的帮助。

最后,特别感谢我的父母家人,在我遇到困难的时候,他们给予我很多物

质和精神上的支持,使我顺利完成学业。

作者:霍家佳

2013年3月

VI 基于IPDI的水性聚氨酯的合成与性能研究

摘要

本文以异氟尔酮二异氰酸酯(IPDI)、聚丙二元醇(PPG)、聚碳酸酯二醇(PCDL)

为主要原料,二羟甲基丙酸(DMPA)为亲水性扩链剂,1,4-丁二醇(BDO)为小分

子扩链剂,合成了系列水性聚氨酯乳液。并用DOPO和DOPO-HQ对水性聚氨

酯进行了改性。主要内容如下:

1、以聚丙二醇(PPG-1000)为软段,制备了聚醚型聚氨酯乳液(WPU)。利用

FI-IR和TG表征了产物的结构和热稳定性能;分析了中和度和催化剂种类对

WPU外观及贮存稳定性的影响;研究了不同R值(n

-NCO/n

-OH)和硬段含量对WPU

胶膜的耐水性和力学性能影响。结果表明:随着R值和硬段含量的增大,WPU

体系的贮存稳定性降低,胶膜的耐水性增强,拉伸强度增加,断裂伸长率降低。

以此为基础,优化了合成工艺。

2、以聚酯二元醇(PCDL-2000)与聚醚二元醇(PPG-1000)为软段,制备了聚

酯-聚醚复合型聚氨酯乳液(WPU)。利用FI-IR、TG和XRD分别对其结构、热

稳定性及结晶性进行了表征;研究了R值(n

-NCO/n

-OH)与DMPA含量对WPU的

水性聚氨酯纺织涂层剂的合成及应用研究

科技・探索・争鸣 Science&Technology Vision 科技视界 水性聚氨酯纺织涂层剂的合成及应用研究 刘新建李英会董全江张凯林 (颐中<青岛>实业有限公司,山东青岛266021) 【摘要】本文以不同分子量的聚醚多元醇搭配与脂肪族的二异氰酸酯合成耐黄变的的纺织涂层用水性聚氨酯乳液,通过扩链剂加入有效 的改善了其耐水和耐溶剂性,通过功能性单体的加入有效的改善其韧性、抗粘连性及在纤维上的牢固性。 【关键词】水性聚氨酯;纺织涂层;二异氰酸酯 0前言 近年来.水性聚氨酯的研究十分活跃,水性聚氨酯是以水做介质. 具有不燃、无毒、不污染环境、节省能源以及易加工等优点,应用范围 也越来越广,在涂料、胶粘剂、织物处理剂、乳液聚合高分子乳化剂等 方面得到日益广泛的应用.聚氨酯材料由于其独特的结构.可赋予加 工产品突出的强度、柔韧、耐磨、透湿、耐低温等性能Ⅲ。水性聚氨酯作 为纺织涂层剂是日前纺织涂层整理加工的发展方向.用于纺织涂层的 水性聚氨酯不含甲醛.具有优良的成膜和弹性.已被用于各种织物或 纤维的纺织面料的后整理和涂层处理 1 聚氨酯涂层剂用乳液的研制 水性聚氨酯涂层剂用乳液是由软段原料和硬段原料聚合而成.是 一种嵌段聚合物 软段部分使聚氨酯柔软而具有弹性.由聚醚或聚酯 低聚多元醇构成:硬段使聚氨酯具有强度和弹性模量.由二异氰酸酯 和扩链剂构成 水性聚氨酯以亲水成分不同分为:阴离子型、阳离子 型、非离子型 具体合成方法,要根据不同品种和要求来决定。 1.1异氰酸酯的选择 合成聚氨酯的主要原料为二异氰酸酯.以结构来分.可分为芳香 族和脂肪族 芳香族含有芳环.代表性的品种为TDI,脂肪族也称饱和 族,品种如IPDI、HDI等 对比两类聚氨酯性能,芳香族优点为弹性、强 力、伸长较好.对PVC增塑剂的影响也较小,因此可用于PVC转移涂 层的面层,产量较多,成本也低一些。缺点为耐光性较差、易泛黄,脂肪 族则反之 一般把涂层剂分为耐黄变和黄变型等品种。对中深色涂层 产品.也可选用黄变型,价格便宜、成本低、效益大。耐黄变型可在涂层 剂中加入各种助剂.包括防老化剂和紫外光吸收剂等以改善泛黄性 能 还有耐黄变型主要采用脂肪族二异氰酸酯,从产品结构上解决泛 黄问题 ‘ l-2链增长剂的选择 聚氨酯涂层剂用的大分子链增长剂主要有聚酯多元醇和聚醚多 元醇两种 在应用方面来对比聚酯和聚醚型的性能.则前者更具有优 良的成膜强度和伸长度.耐光耐热较好 通常聚酯或聚醚二醇分子量 2000以上的产品柔软:1000~2000为半硬或半软:400~1000为硬性。 有时为达到产品性能.可以几种多元醇混拼使用。一般产品如箱包等 要高硬度涂层剂:各类仿皮革如鞋面和一般工业用布等选用中等硬度 涂层剂:服装和外衣用柔软类涂层剂。 1-3交联单体和功能性单体的选择 在水性聚氨酯(WPU)制备中由于引入亲水基团,使聚氨酯胶膜 的耐水、耐溶剂性能下降.从而限制了聚氨酯乳液的应用范围。为了克 服这一缺陷.引入交联剂是行之有效的办法.使聚氨酯分子链形成支 链结构.成膜后形成空间网络结构.使其耐水、耐溶剂性能大大提高。 但是.交联结构的引入.又会使体系早期粘度增加过快,容易产生凝胶 现象.聚氨酯的稳定性和胶膜的延展性能等机械性能会受到影响。 通过试验对比研究.我们筛选了一种较为理想的材料.它在一定 的温度下分子中所含有的几个活性基团可以与纤维或聚氨酯链中的 活性基团进行反应 在实验中同时考察储存稳定性,乳液不会在放置 过程中凝胶.同时乳液在使用中成膜交联时一部分活性基团继续反 应.使聚氨酯成膜柔软不粘连,同时耐水性也有了明显的提高。因此, 交联利用量的优化是聚氨酯乳液制备的关键。要保持乳液稳定性,综 合乳液的粘度、吸水率等因素,交联剂的质量分数应为1%左右。 在聚氨酯涂层剂使用时将这种材料加到其中,通过涂布、烘干、焙 烘等几道T序加工成的涂层产品,在粘结牢度、耐水压、耐水洗牢度及 耐干洗等几个方面的指标都有很大的提高。如粘结牢度,在同等条件 下在尼龙绸上做对比.未加交联剂的涂层焙烘后用指甲揉刮,部分涂 层膜可以刮去:用交联剂者用指甲很难从基布上刮掉膜层。在耐水洗 牢度方面.未加交联剂者用水浸泡1—2h,涂层会泛白,用手搓揉,部分 41 2 l科技视界Science&Technology Vision 涂层有脱落;若加了交联剂,在自来水中浸泡24h涂层也无泛白现象, 搓揉时涂层也不会脱落。在耐甲苯的试验中,若不加交联剂的涂层,浸 入甲苯后涂层会溶胀脱落:而用交联剂者用甲苯就不易除去涂层。 2水性聚氨酯纺织涂层的配制 涂层加工是纺织品后整理技术的一种.即在织物表面均匀涂以能 形成薄膜的高分子化合物.以改变织物的性质和风格.提高纺织品的 附加值.满足人们的需求。目前,涂层纺织品产量逐年上升,全球涂层 纺织品已占纺织品总产量的25%以上.基本上是采用先进的发泡涂层 工艺取代传统的涂层工艺 发泡涂层是在涤纶织物的背面涂覆泡沫胶 层.利用该涂膜层产生阻燃、防污等性能,并使织物兼具独特的风格、 手感和外观.且透气性好、成本低。所以发泡涂层具有广阔的应用前 景。 涂层织物的加工方法有许多.目前用于工业生产上主要是湿法涂 层和干法涂层日。 湿法涂层是利用强极性溶剂二甲基甲酰胺fDM F1能与之无限混溶 的特点.将直链分子的聚氨酯溶解于二甲基甲酰胺中制成涂布浆。经 聚氨酯二甲基甲酰胺涂层的基布.与水溶液接触.涂层表面中的二甲 基甲酰胺向水相溶出.而聚氨酯由于不溶于水使浓度迅速提高,分子 间的凝聚力增大.即形成半渗透膜 通过半渗透膜.二甲基甲酰胺向 水相扩散.而水也向涂层扩散渗透 涂层浆由于组成的变化和浓度的 迅速提高形成不稳态.致使涂层浆在基布上形成骨架结构。由于半渗 透膜能产生强烈的渗透压.促使涂层浆中的二甲基甲酰胺处于急激的 挤出状态 因此在最外的涂层表面会出现垂直于膜表面的二甲基甲酰 胺溶出通路的痕迹.最终生成微孔薄膜 这种由工艺形成的微孔贯通 成网络.既具有透气透湿性.又有良好的防水性。湿法涂层大多以溶剂 型涂层剂为涂层浆,涂布后必须进行水溶处理。所以其工艺较为复杂, 设备较为庞大.但其透气性及弹性较干法涂层为好,尤其是较厚的涂 层。 干法涂层是用溶剂或用水稀释涂层剂.并添加必要的助剂配制成 涂布浆.借涂布器均匀涂布于基布上。然后经加热,使溶剂汽化,从而 涂层剂在基布表面形成坚韧的薄膜。干法涂层的工艺及设备较为简 单.一般将涂层浆配制后即可涂布。涂层浆中可加入发泡剂,或用机械 打成泡沫浆涂布.其泡沫比为200—300g/L 涂布后即进行烘干和焙 烘.可获得柔软丰满、弹性优良的效果。 3结语 (1)调整原料种类、配方的软硬段含量和亲水体系,使体系成为高 固含水性聚氨酯乳液。n(一NCO):nf_OH)选择控制在2.5:1—3.5:1, 一般在3:1左右为宜。 (2)加入交联单体.引发多元共聚,对软性聚氨酯涂膜起到一定的 改进效果 水性聚氨酯分子量要足够大.且具有高密度交联网状分子 结构H.这样产品才能达到或接近溶剂型聚氨酯性能,交联密度越高性 能越好.水性化就越困难.要达到性能和水性化的统一是本项目的技 术关键问题 采用分步聚合.多段交联的途径解决上述问题,创新点在 于在预聚体合成阶段加入含不同反应活性的多官能团单体进行初步 交联.并在分子链上接入下步接枝共聚的反应点.从而使产物在最终 成膜时引发交联.达到预期的性能 f3、采用多种聚醚搭配使用.使乳液涂膜表现高延伸性和柔软性。 传统聚氨酯在合成时只是使用单一种类的大分子多元醇,本项目采用 多种分子量、多官能度的聚醚搭配使用.使聚氨酯在大分子骨架上即 有了优异的网状结构.且仍然保持柔软的特性。 (4)功能性单体的使用:加入了极少量的活眭单体,物理共 昆型和化 学反应型配合使用,显著提高涂膜了的表面疏水性和耐水洗性能。● (下转第492页)

中国第一套多晶硅冷氢化技术研发成功

陈典炜等:水性饱和聚酯的制备与性能研究 2013年第6期 种十分有价值、并得到广泛应用的一种方法。王纲【l01 等以间苯二甲酸、已二酸、三羟甲基丙烷和新戊二 醇为原料,采用熔融缩合制备工艺,首先合成端羟 基聚酯树脂,其后用偏苯三酸酐对端羟基聚酯进行 封端,制备出具有较好储存稳定性的半透明带蓝光 的聚酯水分散体。周崇文【ll睬用溶剂法首先合成端 羟基聚酯树脂,再利用偏苯三酸酐对端羟基聚酯树 脂进行了端基,并选用二甲基乙醇胺对其中和成盐 制得水溶性聚酯树脂。端羟基聚酯树脂酯化反应的 终点通过酸值来控制,当酸值降至5~10mg KOH・g- 可以认为反应完成。在此酯化条件下,制备得到的 树脂的水溶性很好。 3.2磺酸盐型水性聚酯 在聚酯链段中引人具有磺酸盐结构的连段,是 另一种实现聚酯树脂水性化的有效方法,聚酯链段 中引入具有磺酸盐结构的常用反应单体,主要为具 有磺酸盐基团的二元芳香酸的酯,如问苯二甲酸二 甲酯一5一磺酸钠(SIPM)、1,3一间苯二甲酸双羟乙 酯一5一磺酸钠(SIPE)等。 聚酯树脂中引人羧基的工艺方法中,在对聚酯 树脂进行中和成盐过程中,往往伴有稠化和放热的 现象的发生,为达到良好的传质和传热效果,需加 人助溶剂稀释并激烈搅拌。聚酯链段中引入含有磺 酸钠(一SO,Na)亲水基团,无需中和成盐过程可直接 实现聚酯树脂的水性化,同时避免了使用具有一定 毒性的有机胺类中和剂及有机助溶剂,简化了工 艺,降低了生产成本,减少了VOC的排放。 参考文献 [1]姜彦,何士敏.以水溶性涂料为代表的绿色涂料进展[J].高师 理科学刊,2000,20(4):65—67. [2]孔志元.中国水性涂料的现状及发展 .涂料技术与文摘,2008, (1O):10—13. 1 3 J David B—Solvent—based and water-based systems for automotive coating[J].Berfkroniek,2000,73(6):36~38. [4]Ballway B.Low—VOC coating meet a wide range ofneeds[J3.Prod— uets Finishing,1995,5:49-53. [5]闫福安.水性聚酯树脂的合成研究[J].涂料工业,2003,33(3): 9-12. [6]陈敏.聚酯型聚氨酯水乳液的合成及性能研究[D].四川大学, 20o1. [7]刘身凯,胡剑青,涂伟萍.聚酯水性化技术及水性聚酯稳定性 研究进展[J].化工进展,2009,28(8):1376—1381. 【8 J Yasuhiko N.,Shigeru I.,Shoichi M—Waterborne polyester paint [P].US:5597861,1997—01—28. [9]王纲,严业崧,张军.聚酯水分散体的合成研究[J].中国涂料, 2004,(10):20—25. [1O]周崇文.水溶性饱和聚酯树脂的合成[J]_河北化工,2009,32 (6):3O一31. [1 1]刘身凯.双组分水性聚氨酯涂料用水性聚酯分散体的制备及 其性能研究[D].华南理工大学,2010. [12]R A哈耶斯,L E科辛斯基.磺化酯族共聚酯[P].CN: 1541238A,2004—10—27. [13]沃世明.磺化聚酯化合物的制造方法[P].CN:1402746A,2003 一O3—12. [14]周菊兴,宗育达.聚酯磺酸盐的合成及其乳液的研究[J].热固 性树脂,1999,(1):3—8. 中国第一套多晶硅冷氢化技术研发成功 据悉,日前,中电投黄河公司新能源分公司成 功研发出国内首套完整的冷氢化技术,实现了多晶 硅生产中副产物四氯化硅循环回收利用,成功解决 了制约中国多晶硅行业发展的四,氯化硅转化技术 难题,打破了国外对这一先进工艺的垄断,填补了 国内技术空白。 多晶硅在生产过程中会产生大量的副产品四 氯化硅,生产lkg多晶硅会产生13~16kg的四氯化 硅。而废弃的四氯化硅所产生氯化氢气体,造成严 重的环境污染,怎样处理大量囤积又无用的的四氯 化硅,成为国内多晶硅企业头疼的问题。 针对这一问题,中电投黄河公司新能源分公司 科研团队展开科研攻关,通过对氢化炉硅粉给料系 统及流化床反应器进行优化改造,使系统达到了长 期高效、连续、稳定运行,将四氯化硅转化成生产多 晶硅的中间产品三氯氢硅,解决了四氯化硅大规模 无害化处理的技术难题。 通过循环利用,副产物四氯化硅可转化为生产 多晶硅的原料三氯氢硅,单程转化率大于26%,实 现了‘变废为宝’。此外,将以往在多晶硅的总成本 中占较大比重的电力成本大幅降低,耗电量从以前 的每吨4500kWh,降低为每吨800kWh,每吨节约成 本约3.4万元。

水性聚氨酯的交联改性研究进展

磐 ≯ 誊 磐 | | | 岛》 Coatings Review 

水性聚氨酯的交联改性研究进展 

Progress in Cross~ nking Modification 0f Warerborne Polyurethane 

张浦(南昌理工学院,南昌3 3001 3) 

摘要:主要总结了几种提高水性聚氨酯综合1l生能 

的交联改性方法,包括内交联改性水性聚氨酯、外 

交联改性水性聚氨酯及其作用机理;综述了近年来 

国内外最新研究进展,旨在加深人们对水性聚氨酯 

的研究了解。 

关键词:水性聚氨酯;改性;交联 

0引言 

水性聚氨酯具有软硬度可调节,柔韧性好,耐摩、耐 

候,对多种材料都具有良好的粘结性能等优点。但由于受 

到原材料本身和结构方面的局限,水性聚氨酯的许多性能 

还不尽如人意,特别是在耐水性、耐化学品性、耐热性及 

丰满度等方面与溶剂型聚氨酯涂料相比仍存在一定差距, 

限制了其应用的范围。提高水性聚氨酯的耐水性和耐化学 

品性的一个重要手段是对水性聚氦酯进行交联改性。本文 

主要介绍了水性聚氯酯的几种交联改性方法。 

1内交联改性水性聚氨酯 

内交联是通过在聚氨酯主链上或在乳胶粒上引入反 

应性的官能基团,形成在环境温度下可以自交联的水性聚 

氨酯或是经过热处理而达到进一步交联的水性聚氯酯乳 

液。内交联法带惟 的水性聚氨酯在一般条件下能长期稳定 

存在,属于单组分水性聚氨酯范畴。 

1.1多官能度支化交联 

合成单组分水性聚氦酯的原料主要有聚合物多元醇、 

多异氰酸酯和扩链剂。在制备聚氨酯预聚体时,采用少量 

三(多)官能度的聚醚或聚酯多元醇替代低聚物二元醇或采 

用三(多)官能度的异氰酸酯替代部分二异氰酸酯为原料, 

或使用少量小分子三元醇(如三羟甲基丙烷、三乙醇胺)作 

为扩链剂,就可以向聚氨酯分子中引入内交联,得到具有 

一定支化度和交联度的水性聚氯酯产品。韩文松 等用酒 石酸作为亲水基团,在采用脂肪族二异氰酸酯和聚醚二元 

醇为主要原料的基础上,添加适量的聚醚三元醇制得了内 

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