水性聚氨酯端基的測定與預(yù)聚體分散擴(kuò)鏈反應(yīng)研究.pdf

1、當(dāng)今社會，人類依然面臨著環(huán)境污染、全球變暖、能源緊缺、土地沙漠化等各種嚴(yán)重的問題。隨著，人們對環(huán)保問題的日益重視，溶劑性材料對環(huán)境的破壞性，越來越來被人們所認(rèn)識，也備受各國政府的重視，所以獲得更加環(huán)保的水性材料應(yīng)運(yùn)而生，這里面最為重要的一種水性材料:水性聚氨酯。水性聚氨酯是以水代替原有的有機(jī)溶劑而發(fā)展的一種新型聚氨酯體系，水性聚氨酯以水為溶劑，具有綠色環(huán)保，無污染，安全可靠不爆炸，機(jī)械性能優(yōu)良等優(yōu)點(diǎn)。
　　目前水性聚氨酯分散體的合

2、成大部分采用所謂的預(yù)聚體分散工藝，即合成含親水結(jié)構(gòu)的聚氨酯預(yù)聚體，將預(yù)聚體分散在水中，采用高活性的多胺擴(kuò)鏈劑在分散狀態(tài)下進(jìn)一步擴(kuò)連獲得高分子量的水分散聚氨酯。由于水分散狀態(tài)下進(jìn)行擴(kuò)連，反應(yīng)十分復(fù)雜，既有水參與反應(yīng)也有多胺擴(kuò)鏈劑的反應(yīng)，且反應(yīng)體系處于一種分散狀態(tài)。由于未找到一種對擴(kuò)鏈反應(yīng)的有效研究方法，到目前為止對預(yù)聚體分散工藝的擴(kuò)鏈研究基本還處于空白階段。為此，我們的研究設(shè)想了一種水性聚氨酯端氨基的定量測定方法，采用茚三酮使水性聚氨酯氨

3、基顯色，而后采用可見吸收光譜測定顯色樣品的特征吸收，獲得了水性聚氨酯定量氨基殘留數(shù)據(jù)，并通過數(shù)據(jù)定量分析水性聚氨酯擴(kuò)鏈反應(yīng)。
　　(1)水溶性茚三酮與胺反應(yīng)條件的研究與工作曲線的測定
　　茚三酮是一種用于氨基酸的定量測定的試劑，也在刑偵中有廣泛應(yīng)用，它可以使犯罪現(xiàn)場指紋顯色，非常靈敏。茚三酮也可以用于伯胺反應(yīng)顯色，用于伯胺定量分析，其與伯胺反應(yīng)是一種藍(lán)紫色化合物，其可見吸收特征峰在560nm。
　　本章主要探究茚三酮是

4、是否胺發(fā)生反應(yīng)，以及與胺發(fā)生反應(yīng)的條件例如溫度，時(shí)間，用量等。二胺和茚三酮反應(yīng)，反應(yīng)出現(xiàn)藍(lán)色，慢慢的溶液變成藍(lán)色，說明我們的想法是可行的;把茚三酮和聚氨酯乳液自然混合，不加熱的時(shí)候慢慢攪拌，乳液有部分變藍(lán)，稍加熱乳液變藍(lán)速度加快，這說明用茚三酮對端基研究是可行的。二胺和茚三酮在90℃反應(yīng)一小時(shí)后，把反應(yīng)后的溶液在UV-vis紫外可見分光光度計(jì)檢測，在560nm左右出現(xiàn)明顯的吸收峰，實(shí)驗(yàn)獲得成功。
　　研究結(jié)果表明:茚三酮可以和胺反

5、應(yīng)，且在UV-vis紫外可見分光光譜560nm出現(xiàn)明顯的特征吸收峰。在一定溫度下，相同的2g樣品樹脂加入不同量的二胺，在加入大約0.3g茚三酮后，樣品染色后的峰值，基本趨平，所以在樣品量為2g時(shí)，茚三酮的加入量為0.3g為最優(yōu);在加入相同2g樣品樹脂，0.3g茚三酮下，分別在不同溫度:70℃、75℃、80℃、85℃、90℃下，制備染色樣品，在UV-vis紫外可見光譜下，在溫度高于80℃后，紫外可見圖譜的峰值基本平衡，所以茚三酮與樹脂的最

6、佳反應(yīng)溫度為80℃-85℃;加入相同2g樣品樹脂，0.3g茚三酮，分別在不同時(shí)間反應(yīng)5min、10min、15min、20min、25min、30min、35min、40min，制備染色樣品，UV-vis紫外可見光譜下，反應(yīng)30min以上，峰值趨平。在由此實(shí)驗(yàn)得出，茚三酮與樹脂樣品的質(zhì)量比20∶3，反應(yīng)溫度為80℃-85℃，反應(yīng)時(shí)間為30min。能否定量分析，第一步要解決的是工作曲線的問題，為此我們用己二胺試著成制備曲線，工作曲線順利完

7、成，這就說明進(jìn)行定量分析是可行的。
　　(2)水與二胺擴(kuò)鏈的研究
　　水性聚氨酯的合成過程中，第一步多異氰酸酯與大分子二元醇反應(yīng)，反應(yīng)一段時(shí)間后加入一些小分子二元醇例如:乙二醇、1，4-丁二醇、一縮二乙二醇、丙二醇等，根據(jù)不同性質(zhì)的需要，選擇不同的小分子二醇。但是我們現(xiàn)在合成聚氨酯一般都使用預(yù)聚體分散法，這個(gè)工藝要在后一步增加一個(gè)后擴(kuò)鏈過程，在后擴(kuò)鏈過程主要有乙二胺、丁二胺、己二胺、環(huán)己二甲胺等，本章主要研究這個(gè)后擴(kuò)鏈過程中

8、二胺的擴(kuò)鏈效率，這也是整個(gè)論文的重點(diǎn)。
　　本章主要研究在相同的初始合成后，在后乳化過程中加入不同的二胺，合成系列樣品乳液，然后處理這些乳液后，都與茚三酮反應(yīng)上色，在UV-vis紫外可見光譜下，檢測染色樣品的紫外可見吸收峰。本章主要研究了在后擴(kuò)鏈劑下，水，乙二胺、丁二胺、己二胺、環(huán)己二甲胺的擴(kuò)鏈效率。
　　在500ml三口燒瓶中加入PTMG，調(diào)節(jié)紅外燈加熱至90℃，脫水30分鐘，溫度降至75℃，然后再加入定量的HDI，控制反

9、應(yīng)溫度為85℃反應(yīng)兩個(gè)小時(shí)，溫度降至75℃，加入DMPA、TEG、丙酮溫度升高到85℃反應(yīng)一小時(shí);溫度降至75℃，加入丙酮，定量的催化劑反應(yīng)三個(gè)小時(shí);加入定量的丙酮，溫度降至分散溫度;將預(yù)聚體，倒入分散桶，加入中和劑三乙胺，加入定量的水分散獲得水性聚氨酯分散體。本文的所有試驗(yàn)分散用水均是0℃，三乙胺稀釋用水均為0℃。根據(jù)實(shí)驗(yàn)的不同需要再加入定量的后擴(kuò)鏈劑得到最終的產(chǎn)品。
　　研究表明:測定無二胺擴(kuò)鏈劑不同分散溫度時(shí)合成的水性聚氨酯

10、分散體端胺基顯色后的可見光吸收，在紫外可見的圖譜上看出水?dāng)U鏈形成了大量胺基，說明水性聚氨酯預(yù)聚體分散工藝中，水是可以擴(kuò)鏈的，但是采用水?dāng)U鏈其擴(kuò)鏈效率非常低。且我們發(fā)現(xiàn)了一個(gè)非常異常的現(xiàn)象，水?dāng)U鏈在低溫10℃-20℃和高溫40℃-50℃具有較高的擴(kuò)鏈效率，而在中溫20℃-30℃擴(kuò)鏈效率最低。對于這種異?，F(xiàn)象我們進(jìn)行了多次重復(fù)實(shí)驗(yàn)，都獲得相同的結(jié)果。在采用不同的二胺后擴(kuò)鏈時(shí)，在相同用量下乙二胺擴(kuò)鏈效果最好，丁二胺和己二胺擴(kuò)鏈效率較低。

11、>　　(3)不同溫度下二胺擴(kuò)鏈效率的研究與粒徑對擴(kuò)鏈的影響
　　本章主要研究乙二胺、丁二胺、己二胺、環(huán)己二甲胺在不同溫度下，后乳化工藝工程中，它們各自的擴(kuò)鏈效率的研究;同時(shí)這一章還研究了同一種二胺在理論用量的20％、40％、60％、80％、100％時(shí)，這些不同用量下，溫度對擴(kuò)鏈效率的影響。
　　本章研究表明:在用乙二胺、丁二胺、己二胺、環(huán)己二甲胺在不同溫度下，參與的后擴(kuò)鏈過程中，端基上出現(xiàn)了氨基，且氨基的數(shù)量比水的少，說明二