含聚碳化二亚胺的高固含量聚酯型聚氨酯分散体的合成与性能研究

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己二酸型聚酯多元醇合成的聚氨酯分散体(PUD)广泛用于胶粘剂、涂料领域,如水性鞋用胶粘剂、汽车、家具胶粘剂、皮革、纺织涂料等。己二酸型聚酯多元醇结构中的酯基易水解,影响聚氨酯分散体稳定性,导致乳液成膜后的耐水性和耐溶剂性差、硬度低、耐热性不佳等缺点。目前采用较多的手段是有两类:一是对聚酯多元醇进行改性或者加入混合型多元醇以弥补聚酯多元醇的不足,但始终未能从根本上解决聚酯耐水解性差的问题;二是直接外添加抗水解剂,然而这些产品在国内的价格较高,且需要额外添加对PUD体系的稳定性造成一定的影响。
  针对上述问题,本文采用四甲基苯二甲基二异氰酸酯(TMXDI)为原料合成聚碳化二亚胺(PCDI),再以自制的PCDI、聚己二酸丁二醇酯二醇(PBA)、六亚甲基二异氰酸酯(HDI)、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、乙二胺基乙磺酸钠(AAS-Na)、异佛尔酮二胺(IPDA)等为原料,采用丙酮法合成了固含量在50%以上的高固含量、低粘度聚氨酯分散体(PUD)。
  本文通过动态光散射粒径分布ζ电位测定仪和透射电镜(TEM)等手段研究了不同变量对高固含量聚氨酯分散体粘度、粒径、粒径分布、耐水性解等性能的影响。结果表明,随着PCDI的添加量和聚合度的增加,分散体的平均粒径增加,黏度降低,粒径呈现更加显著的二元分布;随着亲水集团含量的增加,分散体的平均粒径减小,黏度增加,粒径分布变窄。透射电镜(TEM)表征显示分散体胶粒呈现大小不一的球形结构,分散体中的小胶粒处于大胶粒之间的空隙中,保证了分散体具有高固含量和良好的稳定性同时降低了体系的黏度。在聚氨酯合成阶段添加PCDI能显著改善聚酯型聚氨酯的耐水解性能,PCDI的最佳添加量为3wt%,PCDI的最佳聚合度为4。
  对样品胶膜进行红外光谱分析、力学性能、邵氏硬度、热重分析(TG)、耐水性和耐乙醇性等测试。PUD胶膜的力学性能和邵氏硬度表征表明,随着PCDI添加量的增加,胶膜水解后拉伸强度减弱的幅度逐渐下降;当PCDI的添加量相同时,随着亲水基团含量的增加,水解前后胶膜拉伸强度随之增大的,硬度也相应增加。PUD胶膜的耐水性和耐乙醇性能测试表明,PUD胶膜的吸水率在6%-10%之间,说明其耐水性能良好。随着亲水含量的增加,PUD胶膜的吸水率和吸乙醇率增加。PUD胶膜的热性能测试表明,PUD胶膜的起始分解温度为290℃,450℃时基本完全分解,具备良好的热稳定性能。
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