氨基硅油扩链改性水性聚氨酯的合成及性能研究.docx

广州化学GuangzhouChemistry第29卷第3期2004年9月Vol.29，No.3Sept.，2004氨基硅油扩链改性水性聚氨酯的合成及性能研究侯孟华，刘伟区*，陈精华，高毅飞**（中国科学院广州化学研究所，广东广州510650）摘要：采用甲苯二异氰酸酯（TDI）、聚氧化丙烯二醇（PPG）、2,2-二羟甲基丙酸（DMPA）为原料，先制备成聚氨酯预聚体，再通过在乳化过程中以侧链氨基硅油（AEAPS）或直链氨基硅油（ATPS）扩链制得了一系列水性聚氨酯乳液，并对涂膜的红外光谱、耐水性、力学性能和表面疏水性等进行了研究。结果表明，通过氨基硅油改性的聚氨酯涂膜，在保持力学性能基本不变的情况下，其耐水性、表面疏水性等性能都有明显提高。其中，侧链氨基硅油（AEAPS）比直链氨基硅油（ATPS）具有更好的改性效果。关键词：氨基硅油；水性聚氨酯；合成；性能中图分类号：TQ323.8文献标识码：A文章编号：1009-220X(2004)03-0005-05聚氨酯具有耐磨、耐化学药品、柔韧性好及粘合强度大等性能特点，因而广泛用作涂料、弹性体、粘接剂等，但目前主要以溶剂型方式应用。有机溶剂及残留异氰酸酯均有毒、易燃，严重污染环境。随着各国环保法规的确立和环保意识的增强，溶剂型聚氨酯体系中挥发性有机化合物（VOC）的排放越来越受到限制[1]，水性聚氨酯将是主要的发展方向。水性聚氨酯是以水作为介质，具有不燃、无毒、不污染环境、节省能源及易加工等优点，并且具有一般溶剂性聚氨酯所具有的性能，因而水性聚氨酯有慢慢取代溶剂性聚氨酯的趋势。目前，水性聚氨酯主要用在涂料工业、纺织印染工业和建筑业等方面，而涂料是水性聚氨酯最大的用途之一。但目前水性聚氨酯还存在耐水性不强，软硬度与应用性能要求不适宜等缺点，较大程度地影响了它的推广应用。聚硅氧烷具有优良的耐水性、低表面能及透气性[2~4]，所以聚硅氧烷被广泛用于水性聚氨酯的改性。目前，含有氨基的有机硅氧烷改性水性聚氨酯主要有两种方法，一种是在合成过程中将氨基硅油引入聚氨酯链段中，但由于氨基硅油突出的反应活性以及与聚氨酯溶解度的差异，所以聚合反应都需要在溶剂的存在下进行，存在环境污染问题，使它们的应用受到限制；另一种是在预聚体乳化的过程中扩链引入氨基硅油，如陈红等[5]报道了利用侧链氨基硅油来改善水性聚氨酯的研究，但他们采用价昂的聚四氢呋喃二醇体系，而且仅对侧链氨基硅油进行了研究。本文在总结前人工作的基础上，采用甲苯二异氰酸酯（TDI）、聚氧化丙烯二醇（PPG）、收稿日期：2003-11-25基金项目：广州市天河区科技局科技攻关项目（2002XGP28）*通讯联系人**郑州大学材料工程学院学生作者简介：侯孟华（1979－），男，山东莱芜人，硕士研究生，从事水性聚氨酯的研究。6广州化学第29卷2,2-二羟甲基丙酸（DMPA）先合成预聚体，再通过在乳化过程中以侧链氨基硅油（AEAPS）和直链氨基硅油（ATPS）扩链制得了价廉的水性聚氨酯乳液，对氨基硅油扩链改性水性聚氨酯作了系统的研究，并讨论了不同的氨基硅油对水性聚氨酯性能的影响。1实验部分1.1原料聚氧化丙烯二醇（PPG，Mn＝1000±100，羟基值1.86~2.14mmol/g，商品名：N210，南京金陵石油化工厂）；2,4-及2,6-甲苯二异氰酸酯（TDI，工业级，上海五联化工厂，80:20）；2,2-二羟甲基丙酸（DMPA，工业级，成都聚氨酯厂）；氨乙基氨丙基聚二甲基硅氧烷（AEAPS，Mn＝6007，氨基值0.6mmol/g，黏度1400mpa·s，江西星火化工厂）；α,ω-二氨丙基封端的聚二甲基硅氧烷（ATPS，Mn＝4969，氨基值0.2mmol/g，黏度1200mpa/g，江西星火化工厂）；三乙胺（TEA，AR，上海光华化学试剂厂）；去离子水（实验室自制）。1.2聚氨酯乳液的制备预聚体的合成：将一定量的二羟甲基丙酸（DMPA）加入到一定量的聚丙二醇醚（PPG）中，130℃加热溶解，再加到计量的甲苯二异氰酸酯（TDI）中，在70℃搅拌反应4.5h，得到预聚体。乳液的制备：将少量的三乙胺和计量的氨基硅油混溶于冰水中，加入上述预聚体再用高速乳化机乳化，得到固含量30%左右的氨基硅油扩链的聚氨酯乳液。1.3WPU膜的制备将水性PU乳液倒在玻璃板中，在空气中放置、晾干成膜，膜厚约1~2mm，待测。1.4性能测试（1）红外光谱测定：采用美国Analect公司RFX－65傅立叶红外光谱转换光谱仪测定。（2）表面水接触角的测量：采用日本Kyowa公司生产的G-1型εrma角度计式接触角测定仪测试。将去离子水的水滴滴于薄膜表面1min后进行测试，每个样品取相互距离5mm的3个点进行测量，共6次读数，取平均值。（3）吸水率测定：将剪好的PU膜称重后，浸泡于蒸馏水中，