文档介绍：山东轻工业学院
硕士学位论文
水性聚氨酯交联剂的合成、表征及应用
姓名:刘蕴慧
申请学位级别:硕士
专业:应用化学
指导教师:张庆思
2011-06-10
山东轻工业学院硕士学位论文
摘要
水性聚氨酯不仅具有溶剂型聚氨酯所具有的高强度、耐磨损等优异特性,而且
具有使用安全、无毒、操作加工方便、不燃、易储存及无环境污染等特点,从而得
到广泛的重视。然而自乳化型水性聚氨酯由于合成条件的限制,聚合物相对分子质
量较低,分子侧链存在较多的亲水基团,致使其胶膜的力学性能及耐水性不好,这
在一定程度上限制了其应用范围。近年来,大量研究表明交联改性是提高水性聚氨
酯涂膜性能最直接、最有效的方法之一。将酮羰基引入水性聚氨酯分子链段中,利
用酮羰基的反应活性(如酮肼反应)制备成膜时再度发生交联反应的水性聚氨酯,
可以达到改善此类聚合物胶膜物理化学性能的目的。因此,选择廉价易得的原料,
探索简便的合成路线及适宜的工艺参数,合成能将酮羰基引入水性聚氨酯分子中的
小分子双羟基化合物,是一项十分有意义的工作。
本文通过卤代烃的亲核取代反应合成了一种含酮羰基的双羟烃基化合物,然后
将酮羰基引入到水性聚氨酯的分子链段中,利用酮羰基的反应活性(酮肼反应)制备得
到了成膜时发生交联反应的水性聚氨酯,并且通过对比实验,研究了交联前后水性
聚氨酯的性能差异。
本实验以二乙醇胺(DEA)、5-氯-2-戊酮(CPE)等为原料,合成了 5-[二(β-
羟乙基)胺基]-2-戊酮(BHAP),该化合物可以作为水性聚氨酯的交联剂。为了提
高 BHAP 的收率,实验中探讨了温度、缚酸剂、催化剂及溶剂等因素对收率的影响,
并采用萃取、减压蒸馏、薄层色谱法、柱色谱法对产物进行了分离提纯,通过高效
液相色谱法测得了产物混合物中 BHAP 的含量,得到了收率及纯度较高的 BHAP。
通过红外光谱及核磁共振谱法(1HNMR、MR、COSY、HMBC、HMQC)
表征了 BHAP 的结构;通过高分辨质谱测定了 BHAP 的分子量及元素组成。
以自制的 BHAP 作为改性原料链接到水性聚氨酯分子中,以 2,4-甲苯二异氰酸
酯(TDI)作为硬段,以聚醚 210、220 等作为软段,以二羟甲基丙酸(DMPA)作
为离子中心,以二乙烯三胺(DETA)作为扩链剂,采用预聚体法合成了交联型聚氨
酯水分散体(CWPU)。通过对交联型聚氨酯水分散体的粘度,交联型聚氨酯胶膜的
吸水率、吸甲苯率、拉伸强度、断裂伸长率、凝胶含量的测量,研究了交联改性聚
氨酯胶膜的性能。通过对比实验,研究了不同羧基含量与交联剂用量对改性聚氨酯
水分散体的性能的影响,对交联前后水性聚氨酯的性能的差异进行了探讨与分析。
实验结果表明:交联剂合成反应的最佳条件为:以 N,N-二甲基甲酰胺(DMF)
为溶剂、以无水碳酸钠为缚酸剂、以无水碘化钠为催化剂、反应温度为 73℃、反应
时间为 30h,此条件下 BHAP 的收率可以达到 %,由高效液相色谱法测得此产
I
摘要
品的纯度为 %。对由柱色谱法分离后得到的产品进行了结构表征:FT-IR 谱图
显示,产物结构中具有期望的各种官能团;核磁共振谱(1HNMR、MR、COSY、
HMBC、HMQC)谱图显示,柱层析提纯物的结构与所期望的产物 BHAP 的结构相
符合;高分辨质谱图显示,得到的数据与预期产物 BHAP 的分子量及元素组成相吻
合。对交联改性聚氨酯胶膜的性能对比研究表明,NCO/OH 的摩尔比为 ,羧基
含量为 %的情况下:BHAP 含量为 8%时的膜,与没有加 ADH 的膜相比,吸水率
下降了 %,吸甲苯率下降了 %,断裂强度提高了 ,凝胶质量分
数增加了 %;NCO/OH 的摩尔比为 ,羧基含量为 %的情况下:BHAP 含
量为 7%时的膜,与没有加 ADH 的膜相比,吸水率下降 %,吸甲苯率下降 %,
断裂强度提高 MPa,凝胶质量分数增加 %。
[关键词] 5-[二(β-羟乙基)胺基]-2-戊酮;水性聚氨酯交联剂;交联改性;交联聚氨
酯胶膜
II
山东轻工业学院硕士学位论文
ABSTRCT
Wpu not only has the excellent properties, such as high strength and high resistance to
abrasion, but also wpu i