水性聚氨酯合成及性能研究开题报告

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1. 研究目的与意义

聚氨酯分为溶剂型聚氨酯和水性聚氨酯，水性聚氨酯与溶剂型聚氨酯相比具有安全、环境友好等优点，现已被广泛应用于轻工、化工、电子、纺织、医疗、建筑、建材、汽车、国防、航空、航天等领域。但是相同固含量下水性聚氨酯所需干燥时间比溶剂型聚氨酯长，限制了水性聚氨酯的生产效率，同时降低了设备利用率，增加了运输成本。为解决此问题，国内外众多研究学者将精力倾向于提高水性聚氨酯的固含量以缩短干燥成膜时间。

而影响水性聚氨酯固含量的因素很多，如何制备性能稳定的高固含量水性聚氨酯成为国内学者的研究热题。本课题主要从制备水性聚氨酯乳液的原料入手，通过研究各个原料对聚氨酯乳液固含量及性能的影响，以了解高固含量水性聚氨酯性能为目的，寻找更加稳定成熟的合成配方及方法。

2. 国内外研究现状分析

国外对水性聚氨酯的研究起步比较早，并且已经实现了工业化。同样在高固含量水性聚氨酯方面也早有研究和成果，如：yang等采用ipdi、氢化苯二亚甲基二异氰酸酯(h₆xdi)和苯二亚甲基二异氰酸酯(xdi)三种混合二异氰酸酯以及dmpa、pba(聚己二酸丁二醇酯)和n-(2-氨基乙基)-2-氨基丁烷磺酸钠为基本原料，通过丙酮法制备了wpu。研究发现，基于ipdi的wpu均具有较高的拉伸强度；当n(ipdi):n(h6xdi):n(xdi)=1:1:1时，该wpu胶膜的拉伸强度最高；粒径分析表明，基于ipdi/xdi的wpu乳液的粒径较大；dsc分析表明，该产品的胶膜具有两个玻璃化转变温度tg，同时也显示出其硬段在分子链中是随机分布的。

wilhelm thoma等用相对分子质量为2000的聚四氢呋喃二醇（ptmg）和六亚甲基二异氰酸酯（hdi）为基本原料，加入二羟甲基丙酸（dmpa）100℃反应，当预聚体中nco含量为3％时．加入丙酮溶剂降低其黏度和温度，然后将溶于水和少量水台肼的乙二胺基乙磺酸钠溶液滴加到上述预聚体丙酮溶液中，快速搅拌并加水分散乳化，最后减压蒸馏脱去丙酮可得到固含量为40％的磺酸/羧酸盐型水性聚氨酯乳液，加入适当的助剂可以作为皮革、纺织、pa纤维的涂层，具有透湿透气的功能。

而国内的聚氨酯工业起步较晚，国内文献报道的固含量分数多在25%~40%之间，相比国外的产品在整体上还有一定的差距。但是国内研究人员正在孜孜不倦进行着开发研究，并且也取得了不菲的成果，如：张秀娥等人以聚己二酸乙二醇酯二元醇、甲苯二异氰酸酯、乙二胺基己磺酸钠( n60) 等为主要原料，制备了一系列不同n60 用量的磺酸盐型水性聚氨酯乳液。研究了n60 用量对wpu 乳液及其胶膜性能的影响，并通过ft-ir、tem、tga 等方法进行表征。结果表明，磺酸盐型wpu 乳液的贮存、冻融、高温稳定性均较好。随n60 用量的增加，磺酸盐型wpu 乳液粒径先减小后增大，粒径分布变窄，胶膜的拉伸强度、吸水率呈上升趋势、断裂伸长率下降。tem 图显示微粒分散性好，呈球形; 相对于羧酸型wpu，磺酸盐型wpu 胶膜的拉伸强度提高，热稳定性更好。

3. 研究的基本内容与计划

研究内容：

l选用合适的配方制备高固含量水性聚氨酯乳液

l对制备的乳液进行红外光谱以及粒径、zeta电位分析和表征

4. 研究创新点

在本课题中，主要采用磺酸型和羧酸型两种亲水单体混合制备性能稳定的高固含量水性聚氨酯。

需要注意的是目前研究较多的是羧酸型，但是与羧酸型水性聚氨酯乳液相比，磺酸型水性聚氨酯乳液的亲水基团为强酸强碱盐，具有较高的离子化强度，制备磺酸盐型水性聚氨酯时亲水单体用量少，特别适合制备高固含量水性聚氨酯，成膜后的耐水性相对较高。

磺酸盐型水性聚氨酯具有更好的耐酸碱、耐电解质性能，与其他水性树脂、颜料、助剂具有更好的相容性。