本文關(guān)鍵詞：超支化聚異氰脲酸酯—酯型水性聚氨酯的制備及其性能研究　出處：《陜西科技大學(xué)》2017年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：超支化水性聚氨酯由于具有良好的耐熱性、耐水性及力學(xué)性能等優(yōu)點(diǎn),逐漸成為學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的研究熱點(diǎn)。本研究首先合成3代端羥基超支化聚異氰脲酸酯-酯(HPICEs);然后合成部分-NCO封端的水性聚氨酯預(yù)聚體(PPU);最后將HPICEs與PPU通過(guò)接枝反應(yīng),制備得到3種結(jié)構(gòu)不同的超支化聚異氰脲酸酯-酯型水性聚氨酯(HWPUs)。通過(guò)試驗(yàn),確定最佳的制備方案,并分別對(duì)各產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)及各項(xiàng)性能進(jìn)行測(cè)試表征。主要內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面:以丙烯酸甲酯(MA)與二乙醇胺(DEA)為原料,通過(guò)邁克爾加成反應(yīng)合成AB2單體,再通過(guò)引入中心核三-(2-羥乙基)異氰脲酸酯(THEIC),通過(guò)酯交換反應(yīng)合成一代端羥基超支化聚異氰脲酸酯-酯(HPICE-G_1)。通過(guò)單因素試驗(yàn)和正交試驗(yàn)確定合成反應(yīng)的最佳條件,在最優(yōu)合成條件下,以HPICE-G_1為核,AB2單體為接枝單元得到二代端羥基超支化聚異氰脲酸酯-酯,HPICE-G_2;依據(jù)同樣的方法合成三代端羥基超支化聚異氰脲酸酯-酯,HPICE-G3。通過(guò)傅里葉紅外光譜儀(FI-IR)和核磁共振儀(1H-NMR)對(duì)HPICEs的結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征,結(jié)果表明:反應(yīng)按預(yù)期合成路線進(jìn)行;通過(guò)凝膠滲透色譜法(GPC)測(cè)定HPICEs的相對(duì)分子質(zhì)量,結(jié)果表明:HPICE-G_1、HPICE-G_2和HPICE-G3的實(shí)際相對(duì)分子質(zhì)量分別為630、1393和3108,反應(yīng)較理想;通過(guò)熱分析法(TG)測(cè)定HPICEs的熱穩(wěn)定性,結(jié)果表明:HPICE-G_1、HPICE-G_2和HPICE-G3失重5%時(shí)的分解溫度分別為157℃、178℃和192℃,說(shuō)明產(chǎn)物具有良好的熱穩(wěn)定性。以異佛爾酮二異氰酸酯(IPDI),聚四氫呋喃醚二醇(PTMEG,Mn=2000),二羥甲基丙酸(DMPA)為原料,1,4-丁二醇(BDO)為親水?dāng)U鏈劑,無(wú)水乙醇(C2H5OH)為封端劑,二月桂酸二丁基錫(DBTDL)為催化劑,采用內(nèi)乳化法,根據(jù)逐步加成聚合原理合成PPU;最后將PPU接枝到HPICEs上,制備得到3種結(jié)構(gòu)不同的新型超支化聚異氰脲酸酯-酯型水性聚氨酯,即HWPU-G_1、HWPU-G_2和HWPU-G3。通過(guò)單因素優(yōu)化試驗(yàn)確定合成HWPUs的最佳條件:即預(yù)聚反應(yīng)時(shí)間為2 h,預(yù)聚反應(yīng)溫度為80℃;通過(guò)乳液外觀、乳液穩(wěn)定性、乳液粒徑及膠膜的成膜性、力學(xué)性能、水接觸角和吸水率等因素綜合確定反應(yīng)體系中n(-NCO):n(-OH)=5:1,w(HPICE)=3.75%,w(DMPA)=5%。采用FT-IR對(duì)產(chǎn)品WPU、HWPU-G_1、HWPU-G_2和HWPU-G3的結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征,結(jié)果表明:反應(yīng)按照預(yù)期設(shè)計(jì)路線進(jìn)行。對(duì)各產(chǎn)物的物理性能進(jìn)行測(cè)試分析,結(jié)果表明:WPU、HWPU-G_1、HWPU-G_2和HWPU-G3的乳液穩(wěn)定性良好;乳液固含量分別為28.9%、29.4%、29.7%和29.9%;乳液粒徑分別為41.79 nm、51.35 nm、52.97 nm和54.05 nm;膠膜的拉伸強(qiáng)度分別為18.08 MPa、23.27 MPa、26.16 MPa和34.41 MPa;斷裂伸長(zhǎng)率分別為644.52%、634.01%、619.03%和547.49%;膠膜24 h后的吸水率分別為10.4%、7.75%、7.05%和5.59%;水接觸角分別為68.8°、71.6°、78.3°和83.4°。與WPU相比,HWPU-G_1、HWPU-G_2和HWPU-G3乳液的固含量、乳液粒徑、膠膜的拉伸強(qiáng)度和水接觸角逐漸增大,而斷裂伸長(zhǎng)率和吸水率逐漸減小,說(shuō)明HWPUs具有良好的耐水性和力學(xué)性能。采用現(xiàn)代儀器對(duì)WPU和HWPUs膠膜的結(jié)晶性、表面形貌、熱穩(wěn)定性和比表面積進(jìn)行測(cè)定。X射線衍射儀(XRD)結(jié)果表明:WPU、HWPU-G_1、HWPU-G_2和HWPU-G3膠膜的結(jié)晶度分別為9.21%、3.18%、2.03%和1.75%,說(shuō)明膠膜分子排列的規(guī)整性下降;原子力顯微鏡(AFM)和掃描電鏡(SEM)結(jié)果表明:WPU、HWPU-G_1、HWPU-G_2和HWPU-G3膠膜的連續(xù)相結(jié)構(gòu)逐漸增強(qiáng),表面更平整;TG結(jié)果表明:WPU、HWPU-G_1、HWPU-G_2和HWPU-G3膠膜的的初始分解溫度分別為261℃、281℃、283℃和284℃,與WPU膠膜相比,HWPU-G_1、HWPU-G_2和HWPU-G3膠膜在熱失重10%和50%時(shí)的溫度越來(lái)越高,說(shuō)明HWPUs膠膜具有良好的熱穩(wěn)定性;BET結(jié)果表明:WPU、HWPU-G_1、HWPU-G_2和HWPU-G3的比表面積和單位質(zhì)量吸附量逐漸減小,說(shuō)明WPU、HWPU-G_1、HWPU-G_2和HWPU-G3膠膜的致密度逐漸增加。
【學(xué)位授予單位】：陜西科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TQ323.8

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本文編號(hào)：1313553