天然亞麻油改性水性聚氨酯的合成及性能研究.pdf

1、聚氨酯(PU)是分子鏈中含有氨基甲酸酯單元結(jié)構(gòu)的高分子聚合物的總稱。其結(jié)構(gòu)由軟硬段組成，通過調(diào)節(jié)軟硬段的類別以及比例，可以合成出符合具體實際應(yīng)用需要的聚氨酯材料。因此，其具有廣泛的應(yīng)用范圍和研究價值。
　　 隨著人們對環(huán)境保護(hù)的意識逐步提高，以及社會對環(huán)保法規(guī)的確立愈發(fā)規(guī)范，環(huán)保型材料應(yīng)運而生。水性聚氨酯(WPU)以水為分散介質(zhì)，具有無毒、不易燃燒、對環(huán)境友好等優(yōu)點，是有很好發(fā)展前景的綠色環(huán)保材料，廣泛應(yīng)用于紡織、皮革、木材、建

2、筑、汽車、造紙、電子等領(lǐng)域。
　　 然而，單一的水性聚氨酯由于其固有的一些缺陷，如耐水性、耐溶劑性、耐候性較差，分子量低，力學(xué)性能不足，固含低，初粘性差等等，限制了其推廣與應(yīng)用。所以，對水性聚氨酯的改性成為了高?？蒲泄ぷ髡吆推髽I(yè)研發(fā)部門的研究熱點。
　　 天然植物油是一類天然的有機(jī)化合物，從化學(xué)概念上定義為混脂肪酸甘三酯的混合物。就一般天然油脂而言，其組分中除95％為甘三酯以外，還有極少含量且成分復(fù)雜的非甘三酯成分。由于

3、脂肪酸在甘三酯分子中所占比重很大，所以對其化學(xué)和物理性質(zhì)的影響起主導(dǎo)作用。將其作為一種改性劑對水性聚氨酯進(jìn)行改性，可以在符合綠色環(huán)保的基礎(chǔ)上，有效地提高水性聚氨酯的綜合性能，擴(kuò)大其應(yīng)用領(lǐng)域。
　　 本論文在閱讀大量文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，以天然亞麻油為改性劑，主要進(jìn)行了以下三方面的工作和研究：
　　 1.亞麻油的改性研究
　　 由于亞麻油本身結(jié)構(gòu)中不含羥基，無法直接作為改性劑對水性聚氨酯進(jìn)行改性，需要先對亞麻油進(jìn)行羥基化改

4、性，為此，本章節(jié)分別采用醇解和氨解兩種工藝方式對亞麻油進(jìn)行改性，討論了氨解劑和醇解劑以及催化劑的種類和用量，探究了氨解和醇解的工藝參數(shù)及配方設(shè)計，以期得到最佳的反應(yīng)與改性效果，并對產(chǎn)物分別進(jìn)行了表征測試，實驗結(jié)果表明：
　　 (1)通過比較，亞麻油醇解較合理的工藝條件為以LiOH為催化劑，在230℃條件下反應(yīng)3h以上，氨解反應(yīng)則采用了二乙醇胺為氨解劑，NaOCH2CH3為催化劑，添加量控制在0.5％(質(zhì)量分?jǐn)?shù))左右，在90℃條件

5、下反應(yīng)2h左右。
　　 (2)醇解所得的改性亞麻油色澤比氨解所得的改性亞麻油要深，貯存穩(wěn)定性好。通過紅外和核磁表征，證明了醇解和氨解都成功地使亞麻油中的甘油三酯結(jié)構(gòu)接入羥基。
　　 (3)理論上，在確定亞麻油甘油三酯的摩爾量相同的情況下，氨解亞麻油所得到的羥基率與醇解亞麻油所得到的羥基率是相同的。
　　 2.亞麻油改性水性聚氨酯的合成及性能
　　 在上一章的基礎(chǔ)上，利用改性后的羥基化亞麻油對水性聚氨酯進(jìn)行

6、改性，分別討論了醇解和氨解所得亞麻油對水性聚氨酯的改性工藝，合成了一系列穩(wěn)定的亞麻油改性水性聚氨酯乳液(水性氨酯油)，對其及其膠膜進(jìn)行各項表征和測試，討論了亞麻油添加量對水性氨酯油性能的影響，以及交聯(lián)劑等其他因素，實驗結(jié)果表明：
　　 (1)對于醇解亞麻油改性聚氨酯，所控制的溫度需較高一些，而氨解亞麻油由于活性較大，除溫度控制較低以外，建議采用“兩步法”加入。外加交聯(lián)劑以及后擴(kuò)鏈的方式均會使制得的水性氨酯油穩(wěn)定性上出現(xiàn)一定的降低

7、。
　　 (2)通過吸水率和表面水接觸角測試，說明經(jīng)亞麻油改性后的水性聚氨酯耐水性的增強(qiáng)效果顯著。通過TG測試證明，其熱失重起始溫度比原先提高100℃左右。
　　 (3)隨著亞麻油添加量的增加，水性氨酯油膠膜的力學(xué)性能逐漸增強(qiáng)，但超過25％以上表現(xiàn)出硬而脆的特性。由于后期膠膜內(nèi)不飽和雙鍵的氧合作用，產(chǎn)品涂膜的硬度明顯增強(qiáng)。
　　 3.亞麻油基水性聚氨酯－聚丙烯酸酯復(fù)合乳液的合成及性能
　　 丙烯酸改性水性

8、聚氨酯是近些年來水性聚氨酯研究的熱點，在本章節(jié)中，利用前期合成的亞麻油基水性聚氨酯中所含的不飽和雙鍵，以其作為種子乳液，進(jìn)行丙烯酸乳液聚合，合成了核殼結(jié)構(gòu)的亞麻油基水性聚氨酯－丙烯酸酯復(fù)合乳液，利用多元改性，使產(chǎn)品性能得到了進(jìn)一步的增強(qiáng)，表征與測試結(jié)果表明：
　　 (1)通過紅外和核磁表征證明，丙烯酸酯成功地接入亞麻油基水性聚氨酯中，合成了具有核殼結(jié)構(gòu)的亞麻油基水性聚氨酯－聚丙烯酸酯復(fù)合乳液。
　　 (2)當(dāng)亞麻油添加比