封端型水性聚氨酯的合成及应用研究-纺织技术中心

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封端型水性聚氨酯的合成及应用研究

来源：印染在线　发布时间：2011年11月10日

表1 不同多元醇对乳液及胶膜性能的影响

多元醇	乳液外观	稳定性	平均粒径/nm	成膜性	吸水率/%
PEG1000	透明	均匀稳定	72	柔软、透明	溶解
PEG1540	透明	均匀稳定	98	易裂、透明	溶解
PEG2000	微黄色透明	均匀稳定	115	易裂、透明	溶解
PPG210	半透明	均匀稳定	95	柔软、透明	59.5
PPG220	白色泛蓝光	均匀稳定	122	柔软、透明	39.3
PPG3050A	白色微透明	均匀稳定	61	柔软、透明	58.1

从表1可以看出,6种聚醚合成的WPU乳液稳定性都比较好,但PPG类的成膜性能和耐水性能较PEG类好,PEG类聚醚主要是由环氧乙烷与水或乙二醇加成而制得,水溶性高,故成膜性和耐水性能皆不好,由于纺织品整理剂需要具有较好的耐水洗性,故采用PPG类聚醚多元醇形成的软段较为适宜。

2.1.2 n(-NCO)/n(-OH)

控制n(-NCO)/n(-OH)是决定水性聚氨酯预聚体结构的重要因素。一般水性聚氨酯大分子链结构的硬段由异氰酸酯和亲水性扩链剂组成,含有氨基甲酸酯基、取代脲等强极性基团,使水性聚氨酯具有刚性;聚醚或聚酯等多元醇构成了分子链的软段,使水性聚氨酯具有柔软性和弹性.人们常根据不同的需求调整n（-NCO）/n(-OHl,可得到不同特性的水性聚氨酯。本文为获得综合性能较好的水性聚氨酯,在DMPA含量及其他条件不变的情况下,考察了n(- NCO)/n(-OH),对乳液及胶膜性能的影响,见表2。

表2 n(- NCO)/n(-OH)对乳液及胶膜性能的影响

n(-NCO)/n(-OH)	乳液外观	膜拉伸强度/Mpa	断裂伸长率%	吸水率%
1.4	微透明	4.24	645	21.8
1.5	微透明	5.24	578	23.8
1.6	半透明	9.10	360	25.3
1.7	半透明	9.36	336	26.7
1.8	乳白	12.90	310	41.2

由表2知,当n(-NCO)/n(-OH)较小时,成膜的拉伸强度较小,随着以n(-NCO)/n(-OH)的增大,膜的拉伸强度增加,硬脆性提高。原因是随着以n(-NCO)/n(-OH)的增大,决定膜强度的硬段比例增大,硬段中的刚性链节如氨基甲酸酯键含量增大,而相对柔性链节的含量降低,使胶膜的拉升强度上升,弹性下降,断裂伸长率也下降。

从表2还可以看出,吸水率随以看出，吸水率随n(-NCO)/n(-OH)的增大而减小,因为链段中疏水性基团（如氨基甲酸酯键)含量随着n(-NCO)/n(-OH)的增大而增大,从而吸水率降低而耐水性升高。

综合胶膜力学性能和耐水性, n(-NCO)/n(-OH)控制在1.6~1.7为宜,本文选择比值为1.67,此时既可赋予WPU膜高力学性能,同时又能保持较好的耐水性。

2.1.3 DMPA含量

阴离子水性聚氨酯采用DMPA为亲水单体,具有成本低、含量少、反应快等优点,故本文选用DMPA作为亲水单体。不同含量DMPA合成了不同的水性聚氨酯乳液,对乳液外观及稳定性的影响见表3。

表3 DMPA含量对乳液外观及稳定性的影响

DMPA含量/%	乳液外观	稳定性
2.5	分散不均匀	1d后分层
3.0	乳白	ld后分层
3.5	乳白	一周后分层
4.5	白色泛蓝光	稳定无沉淀
5.5	半透明	稳定无沉淀
6.5	半透明	有胶解现象

从表3可知,当含量3.0%时,乳液呈乳白色,分散粒径大,乳液1d后分层,沉淀物聚集.逐步加大DMPA的含量,乳液粒径逐渐变小,粘度变小,稳定性提高,体系透光率增大;超过6%,观察到体系粘度变大,同时流动性变差,原因是随着DMPA含量的加大,体系内的亲水性离子基团增多,极性基团使水分子结构化,流动性变差.结合乳液的外观和稳定性,DMPA含量4.5%~5.5%为宜,本文选择DMPA含量为4.5%。

2.2 中和反应的影响因素

对于离子型水性聚氨酯,使用DMPA亲水扩链剂制得的预聚体并不具有亲水性,未被中和成盐的基团亲水性较弱,若直接在水中分散,则因亲水性差而不易很好地分散,聚氨酯链上的羧基被碱中和以后,才能变成亲水性良好的羧酸盐基团(-COO-)。本试验也选用三乙胺作为中和剂，定义中和度为三乙胺和二羟甲基丙酸中羧基量比的百分数。

2.2.1 中和度对水性聚氨酯乳液外观及稳定性影响

作为一种水性胶态体系,乳液的稳定性非常重要。不同中和度对乳液外观及稳定性的影响见表4。