data-full-width-responsive="true"> 木器用双羟丙基封端聚硅氧烷改性水性聚氨酯涂料的研究曹广达,罗穗莲,刘超栋,石 光,林德辉,詹小赵(华南师范大学化学与环境学院,广东广州 510006)水性聚氨酯以水为分散介质,具有低毒、不易燃烧、不污染环境、节能、安全可靠等优点,但由于在分子结构中引入了COOH、OH 等亲水基团,使得其耐水性能较溶剂型PU 涂料要差很多,限制了
它在某些领域的应用[1].如何提高水性聚氨酯的耐水性是当今研究的热点.目前,有机硅改性水性聚氨酯主要以聚硅氧烷链上的活性基团与NCO反应,形成聚氨酯与聚硅氧烷的接枝或嵌段共聚物[2].虽然聚硅氧烷具有优异的憎水性,但它的力学性能和表面附着力较差,因此,在改性水性聚氨酯时期望在不过度牺牲WPU的机械性能的情况下提高其耐水性.本文采用双羟丙基封端聚硅氧烷改性水性聚氨酯,利用有机硅做扩链剂将其引进到聚氨酯的主链上,制备聚氨酯-有机硅嵌段共聚物.对产物进行一系列的结构分析,同时探讨HO-PDMS的用量对乳液的稳定性、耐水性和机械性能的影响.1 实验部分1.1 原 料异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI),工业级;聚碳酸酯二元醇(PCDL)Mn=1000,工业级;双羟丙基封端聚硅氧烷(HO-PDMS),工业级;二羟甲基丙酸(DMPA),工业级;一缩二乙二醇(DEG),分析纯;三乙胺(TEA),分析纯;二月桂酸二丁基锡(DBT),工业级;丙酮,分析纯.1.2 合成工艺在有控温、搅拌和冷凝装置的三口瓶中,加入计量的IPDI,HO-PDMS和少量的二丁基二月桂酸锡(催化剂),在45 ℃反应一段时间后,加入计量的PCDL;升温至80℃.加入DEG和DMPA,恒温1h后冷却至45℃.加入TEA 中和成盐;反应过程中加入少量丙酮调节粘度.最后出料乳化,减压蒸馏丙酮,得到改性的水性聚氨酯乳液.以未添加HOPDMS的未改性水性聚氨酯作为对照.计量比参见表1.
1.3 涂膜性能测试1.3.1 吸水率取适量的乳液涂在聚四氟乙烯板上,在45℃下干燥24h,准确称重(m1)后浸泡在水中,24h后取出,用滤纸迅速擦去表面的水分,准确称量胶膜的质量(m2),计算其吸水率:
1.3.2 结构分析采用Spectrum-1730型傅立叶变换红外光谱仪,分析产物结构.采用DSC200PC型示差扫描热分析仪,N2 气氛,升温速率为10℃/min,温度范围为-150~100℃,测定涂膜玻璃化转变温度Tg.1.3.3 粒径分析采用Mastersize2000激光散射粒度仪对乳液的粒度进行分析,得到体积平均粒径D.1.3.4 力学性能将乳液流延在用聚四氟乙烯裁成的哑铃形模具上,室温下成膜,然后在45℃下烘24h.用塑料球压痕硬度计对涂膜进行硬度测定.采用万能材料拉伸试验机,在室温下,拉伸速率为100mm/min,测定胶膜的拉伸强度.2 结果与讨论2.1 HO-PDMS含量对乳液性能的影响从表1中我们可以看出,加入HO-PDMS对乳液的外观和稳定性是有影响的,随着HO-PDMS用量的增加,外观由透明泛蓝光转变为不透明,稳定性逐渐变差.由于聚硅氧烷本身具有良好的耐水性,用HO-PDMS改性聚氨酯有望提高涂膜的耐水性.随着HO-PDMS加入量的增大,涂膜的吸水率持续下降.在加入量较低时,涂膜的吸水率随HO-PDMS的增加,降低的速率很快,继续增加HO-PDMS,涂膜的吸水率变化不大,当HO-PDMS的加入量到10%后,吸水率基本没有什么变化.2.2 产物的红外光谱分析未改性和改性后的乳液烘干成膜,用甲苯抽提24h后再溶于丙酮进行红外分析.经甲苯提纯后的改性树脂的红外谱图如图1所示,由图1可见,在波数1092cm-1附近有特性吸收峰,此为CO 官能基;1049cm-1的峰主要是CO 键的伸缩振动吸收;3353cm-1(NH 的伸缩振动峰)和1717cm-1(C=O的伸缩振动峰)的存在,表明有氨基甲酸酯生成.1258cm-1的是CH3Si的特征吸收峰,794cm-1也是SiCH3 吸收峰,1051cm-1是SiOSi吸收峰,说明HO-PDMS接在聚氨酯链段上形成了聚硅氧烷-聚氨酯嵌段共聚物.