有机硅改性水性聚氨酯.ppt

1 有机硅共聚改性水性聚氨酯乳液的研究 专业 材料学导师 杜宗良学生 李楚璇 有机硅共聚改性水性聚氨酯乳液的研究 有机硅 有机硅 silicone 即有机硅化合物 是指含有Si O键 且至少有一个有机基团直接与硅原子相连的化合物 习惯上常把那些通过氧 硫 氮等使有机基团与硅原子相连接的化合物也当作有机硅化合物 其中 以硅氧键 Si 0 Si 为骨架组成的聚硅氧烷 是有机硅化合物中为数最多 研究最深 应用最广的一类 约占总用量的90 以上 研究目的 利用有机硅改性水性聚氨酯的原因水性聚氨酯由于水性聚氨酯分子链中含有亲水基团导致其耐水性较差线性的水性聚氨酯分子链形成的材料 其耐溶剂性及机械性能也不理想手感发粘有机硅具有耐低温 耐气候老化 电器绝缘 耐臭氧 憎水 难燃 生理惰性具有疏水性能和较低的表面能有机硅聚合物还能赋予涂层杰出的柔软性和爽滑的手感硅氧烷基团在水的存在下可以产生水解缩合反应形成的 Si O Si 键十分稳定 并且形成交联结构 可以有效地提高材料的耐溶剂性能以及机械性能 改性水性聚氨酯的合成 主要原料 多异氰酸酯 去离子水 低聚物多元醇 DMPA 羟基聚硅氧烷 扩链剂 改性水性聚氨酯的合成 合成方法方法一 前加料方式首先将以一定比例混合的聚氧化丙烯二醇 PPG 和羟基聚硅氧烷与TDI在以适量丙酮为溶剂的体系中进行反应 制备出端基为NCO基团的预聚体 预聚体再与1 4 丁二醇 BDO 2 2 二羟甲基丙酸 DMPA 反应并扩链 扩链产物以三乙胺 TEA 中和后经强力乳化 再与乙二胺 EDA 反应进一步扩链 真空脱溶等过程 最后合成出一种新型的水分散有机硅 聚氨酯 SI PU 共聚物乳液 改性水性聚氨酯的合成 方法二 后加料方式首先将以一定比例混合的聚氧化丙烯二醇 PPG 与TDI在以适量丙酮为溶剂的体系中进行反应 制备出端基为NCO基团的预聚体 预聚体再与1 4 丁二醇 BDO 羟基聚硅氧烷 2 2 二羟甲基丙酸 DMPA 反应并扩链 扩链产物以三乙胺 TEA 中和后经强力乳化 再与乙二胺 EDA 反应进一步扩链 真空脱溶等过程 最后合成出一种新型的水分散有机硅 聚氨酯 SI PU 共聚物乳液 改性水性聚氨酯的合成 主要反应 改性水性聚氨酯的合成 以前加料方式为例为大家介绍有机硅改性水性聚氨酯的主要反应历程1 预聚体的制备 改性水性聚氨酯的合成 2 扩链3 亲水扩链 改性水性聚氨酯的合成 4 季铵化5 乳化分散 研究内容 乳液外观 稳定性 粘度 固含量 粒径 粒径分布 玻璃化温度 聚合物分子量及其胶膜力学性能 耐溶剂和耐水性 耐热性 结晶性 水接触角 吸水率 主要研究内容 有机硅含量 乳液外观 稳定性 粒径 粒径分布 胶膜力学性能 耐溶剂和耐水性 耐热性 水接触角 吸水率 加料顺序 研究内容 乳液外观 稳定性 粘度 固含量 胶膜力学性能 耐溶剂和耐水性 耐热性 水接触角 吸水率 主要研究内容 R值 DMPA含量 乳液外观 稳定性 胶膜力学性能 耐溶剂和耐水性 耐热性 水接触角 吸水率 研究内容 乳液外观 稳定性 粘度 胶膜力学性能 耐溶剂和耐水性 耐热性 水接触角 吸水率 主要研究内容 环境温度 中和度 乳液外观 稳定性 胶膜力学性能 耐溶剂和耐水性 耐热性 水接触角 吸水率 研究内容 样品性能和结构表征测试乳液粘度测试乳液固含量测试乳液性能测试乳液粒径大小和粒径分布测试凝胶色谱法 GPC 测定聚合物相对分子质量及其分布透射电子显微镜 TEM 观察水分散体的多相结构等微观形貌扫描电镜 SEM 观察胶膜断面的微观形貌示差扫描量热分析 DSC 法分析聚合物的玻璃化温度的变化热重法 TG 分析聚合物的热分解性能表面ESCA能谱分析傅里叶变换红外光谱分析核磁共振测试分析胶膜拉伸强度和断裂伸长率测试胶膜剥离强度测试胶膜耐水耐溶剂性 水接触角 吸水率测试 文献中已有的研究结果及其分析 图1有机硅改性阴离子水性聚氨酯的FTIR谱图 文献中已有的研究结果及其分析 有机硅含量对力学性能的影响 表1有机硅含量对力学性能的影响 文献中已有的研究结果及其分析 有机硅含量对吸水率的影响 表2有机硅含量对吸水率的影响 文献中已有的研究结果及其分析 有机硅含量对乳液稳定性的影响 表3有机硅含量对乳液稳定性的影响 文献中已有的研究结果及其分析 有机硅对相分离的影响 图2有机硅对相分离的影响 文献中已有的研究结果及其分析 有机硅对耐热性的影响 图3纯聚氨酯的TGA曲线 图4有机硅质量分数为3 的聚氨酯的TGA曲线 文献中已有的研究结果及其分析 不同加料方式对结构和性能的影响后加料方式使有机硅在PU分子中分布较集中 少量有机硅就能形成聚硅氧烷的富集区 随着有机硅加入量的增加胶膜憎水性提高 接触角增大 而继续增加有机硅 相分离会显著 表面不均匀作用更突出 接触角随即又降低 前加料方式使得Si在聚合物中分布较均匀 胶膜的水接触角随有机硅的用量增加而增大 随着表面的Si含量趋于饱和 水接触角维持一稳定值不再增大 文献中已有的研究结果及其分析 R值对结构和性能的影响当n NCO n OH 值比较小时 预聚物的分子质量较大 一条分子链可能穿越多个聚集体易生成交联的大分子不仅导致体系黏度增加 容易产生凝胶 影响预聚体的质量 还阻碍了相转变的发生反之 n NCO n OH 值比较大时 预聚体的分子质量较小 无法满足所需的力学性能要求 实验证明 当预聚阶段的n NCO n OH 值为1 3时为佳 文献中已有的研究结果及其分析 DMPA含量对胶膜力学性能的影响 图5DMPA用量对胶膜力学性能的影响 文献中已有的研究结果及其分析 环境温