研究报告及专论
粘 接 2004,25(2)
聚酯型阳离子水性聚氨酯乳液的合成研究
陆雪良,曾小君,陈船妹
(常熟理工学院化学科学与技术系,江苏常熟215500)
摘要:采用聚酯二醇(JW2503)、甲苯二异氰酸酯(TDI)、N-甲基二乙醇胺(MDEA)为基本原料,用丙酮法合成了
聚酯型阳离子水性聚氨酯乳液。讨论了NCO/OH量比、MDEA的加入方式及其用量、反应温度等因素对乳液性能的影响。实验结果表明,当合成条件为:NCO/OH量比为2.7,MDEA的用量占树脂的6%~7%,且采用饥饿加料的方式滴加MDEA,初聚体合成温度为60~65e,引入亲水扩链基团的扩链反应温度为40e,中和度90%~100%时,合成的聚酯型阳离子水性聚氨酯乳液具有较好的贮存稳定性,且涂膜的耐水性和机械性能良好。
关键词:水性聚氨酯乳液;合成;性能
中图分类号:TQ331.4+99 文献标识码:A 文章编号:1001-5922(2004)02-0019-04
引言
水性聚氨酯(WPU)是以水为介质的聚氨酯分散体系,具有无毒、不燃、不污染环境、节能、安全、不易损伤被涂饰表面、易操作和改性等优点,广泛用作皮革涂饰剂、纺织助剂、造纸工业助剂、涂料和粘合剂等方面,而且还在不断扩大其应用领域[1~2]。为了获得稳定的水性聚氨酯分散体系,在聚氨酯预聚体分子中引入亲水基团,使其能在水中乳化。阴离子水性聚氨酯一般是在预聚体分子中引入羧基或磺酸基,而阳离子水性聚氨酯则采用2种方法引入亲水基团,即与卤族化合物或叔胺化合物反应引入季铵盐。目前,文献报道的阴离子水性聚氨酯较多,而阳离子水性聚氨酯的合成报道较少,对其关键技术)))季胺盐化的研究报道更少。本文研究了聚酯型阳离子水性聚氨酯的合成工艺和反应条件。系统地研究了NCO/OH量比、MDEA的加入方式及其用量、反应温度等因素对产品性能的影响。1 实验部分
1.1 原材料的准备及处理
甲苯二异氰酸酯,分析纯;聚酯二元醇(JW2503),Mn=2000,使用前在90~95e,真空度为0.09MPa的条件下脱水2.5h;丙酮、丁酮、冰醋酸均
收稿日期:2003-08-07
作者简介:陆雪良(1972-),男,实验师,在读硕士研究生。主要从事水处理剂、农药中间体等精细化工产品的开发与研究工作。
[3~5]
为分析纯,使用前采用4A分子筛脱水处理,其他试剂不经纯化直接使用。
1.2 实验步骤
(1)初聚体的制备 在装有电动搅拌器、温度计、回流冷凝管的四口烧瓶中,加入TDI和经脱水处理的聚酯二元醇,逐渐升温到60e左右,保持在60~65e下反应3h左右,检测体系的NCO含量,当达到规定值后,降温至40e。
(2)初聚体的扩链 滴加亲水扩链剂丁酮溶液,滴加完毕,升温至60~70e,保温反应至NCO含量达到规定值,得到具有一定分子质量的含叔胺基的聚氨酯预聚体。
(3)预聚体的中和 对预聚体进行降温,当温度达到40e左右时,加入冰醋酸中和,加丙酮稀释,快速搅拌混合,得到中间体。
(4)乳化 将一定量的去离子水缓慢加入中间体中,同时高速搅拌乳化,滴加稀盐酸调节体系的pH值至5~7并趋稳定为止,真空脱去丙酮和丁酮,最后得到阳离子水性聚氨酯乳液。1.3 分析测试
(1)固含量的测试 按GB/T2793)1995测定,其中干燥箱温度为(105?2)e。
(2)黏度的测试 用NDJ-79型旋转黏度计按GB/T2794)1995测定,水浴温度为(30?1)e。(3)拉伸强度及断裂伸长率的测试 按GB1701)82测定。
聚酯型阳离子水性聚氨酯乳液的合成研究 ZHANJIE 2004,25(2)
(4)硬度的测定 按GB2411)80测定。(5)红外光谱分析 日本岛津FTIR-8700红外光谱仪,KBr压片,测定范围400~4000cm。2 结果与讨论
2.1 初聚n(NCO)/n(OH)(物质的量比)的影响表1为初聚n(NCO)/n(OH)比值对产品性能的影响。从表1数据可见,随着比值的增加,即硬段
-1
含量增加,乳液的黏度逐渐降低,胶膜的硬度和拉伸强度增加,弹性下降。如果n(NCO)/n(OH)太大,则体系乳化困难,乳液稳定性差,容易分层,而且涂膜硬而脆;若n(NCO)/n(OH)比值太小,预聚物分子质量高,体系黏度太大,也难以乳化。实验表明,n(NCO)/n(OH)比值控制在2.7左右得到的乳液外观和成膜性能都比较好。
Tab.1 Effectofration(NCO)/n(OH)forinitialpolymerizationonemulsionproperties
表1 初聚n(NCO)/n(OH)比值的影响
n(NCO)/n(OH)
2.02.52.62.73.2
黏度/mPa#s
[**************]
乳液外观
白色乳状液,有较多沉淀白色乳状液,有少量沉淀泛蓝光半透明乳状液泛蓝光半透明乳状液石灰水状乳液,易分层
拉伸强度/MPa
5.16.36.97.612.8
断裂伸长率/%
[**************]
硬度(邵氏A)
2228313541
注:聚酯型阳离子水性聚氨酯乳液的质量分数均为23%。
2.2 N-甲基二乙醇胺的影响2.2.1扩链剂加料方式的影响
季胺盐类化合物为)NCO基与活性氢化合物反应的催化剂,N-甲基二乙醇胺加入到反应体系
中,会加速)NCO与)OH的反应,若控制不当,反应速度太快易造成凝胶。表2为N-甲基二乙醇胺的加料方式对乳液性能的影响。
Tab.2 EffectofaddingwayofMDEAonpropertiesofpolyurethaneemulsion
表2 加料方式对聚氨酯乳液性能的影响
编号1234
加料方式60e扩链剂一次加料60e扩链剂在3h内滴加40e扩链剂在3h内滴加40e30%扩链剂在5h内滴加
反应现象反应剧烈,很快凝胶急速升温,黏度大,难乳化反应平稳,黏度较大,能乳化反应平稳,反应产物易乳化
乳液外观
)
石灰水状乳液,易分层
白色乳状液泛蓝光半透明乳状液
从表2可以看到,在较高温度下N-甲基二乙醇胺一次加料,反应剧烈,反应产物易凝胶。加料方式2和方式3易生成大量的交联结构,预聚物的黏度较大,乳化困难;加料方式4采用溶液低温滴加,反应平稳。实验表明,在40e时)NCO与MDEA的羟基反应速度较快,将MDEA一次加入含)NCO基的体系中,温度快速升高,体系黏度急剧增大。方式4将30%的MDEA溶液在5h内滴完,由于MDEA滴加速率低,MDEA与)NCO基的反应速度较快,MDEA几乎在瞬间即反应完毕,体系中MDEA的浓度趋于零,反应物料呈/饥饿0状态,反应热易控制,反应产物为线性聚合物,因而易乳化,且乳液外观和成膜性能好。因此,以方式4加料效果最好。2.2.2 N-甲基二乙醇胺用量的影响
采用相同的配方和加料方式,只改变N-甲基二乙醇胺用量,考查对乳液及成膜性能的影响,试验结果见表3。从表3可见,随着MDEA用量的增加,乳液外观由乳白色半透明乳液变为透明乳液,产品的贮存稳定期延长,胶膜硬度增大、耐水性变差。因此,MDEA的用量控制在6%~7%为宜。
研究报告及专论
Tab.3 EffectofamountofN-methyldiethanolamine
表3 N-甲基二乙醇胺的用量的影响
MDEA质量分数/%
5.06.07.08.0
黏度/mPa#s
[1**********]0
乳液外观乳白色半透明乳液泛蓝光半透明乳状液泛蓝光半透明乳状液
透明乳液
贮存期/a
>1(但10d开始变黄)>1(60d开始变黄)>1(60d开始变黄)>1(60d开始变黄)
粘 接 2004,25(2)
硬度(邵氏A)
27343743
耐水时间/min
40373525
注:聚酯型阳离子水性聚氨酯乳液的质量分数均为23%。
2.3 反应温度的影响2.3.1 初聚反应温度的影响
在初聚过程中,甲苯二异氰酸酯和聚酯二元醇反应,)NCO基团是过量的,并且甲苯二异氰酸酯
的2个)NCO基之间互相产生诱导效应,使其反应活性增加,故聚合初期的反应温度不需要太高。表4是n(NCO)/n(OH)比值为3.8时不同温度对初聚过程的影响。
Tab.4 Effectofreactiontemperatureforinitialpolymerizationonpropertivesofwaterbornepolyurethaneemulsion
表4 初聚反应温度对水性聚氨酯乳液性能的影响
反应90min后
初聚反应温度/e
初聚体黏度/mPa#s
5560657080
[**************]
NCO质量分数/%理论值*
14.214.214.214.214.2
实测值15.714.013.813.613.2
乳白色不透明乳液乳白色半透明乳液泛蓝光半透明乳状液
白色乳状液石灰水状乳液乳液外观
* 理论)NCO含量是在不发生副反应的情况下,)OH基与)NCO基完全反应后,)NCO基在预聚物中的质量分数。)NCO理论值是指发生初聚反应之后的NCO理论含量。
从表4可以看到,初聚反应温度过高,易使实际)NCO含量低于理论值,黏度增长较快,乳液外观较差;温度较低时,对最终产品性能虽然影响不大,但是所需反应时间增加。故初聚反应温度应控制在65e左右。
2.3.2 扩链反应温度对乳液的影响
引入N-甲基二乙醇胺时,若反应温度太高,会加速)NCO基与)OH的反应,体系黏度增加,乳化困难,控制不当容易凝胶。因此,引入亲水扩链剂N-甲基二乙醇胺时,反应温度控制在40e左右,乳液外观和成膜性能都比较好。2.4 中和度的影响
中和度是指醋酸与MDEA的物质的量比,比值越大,中和度越大。表5是中和度对乳液外观和黏度的影响。
Tab.5 Effectofneutrolizationdegreeonproperties
ofwaterbornepolyurethaneemulsion表5 中和度对水性聚氨酯乳液性能的影响
中和度/%乳液外观黏度/mPa#s
80乳白不透明220
85乳白半透明230
90泛蓝光半透明260
95泛蓝光半透明320
100泛蓝光半透明390
注:聚酯型阳离子水性聚氨酯乳液的质量分数均为23%。
从表5可以看到,随着中和度的增大,聚氨酯乳液的外观由乳白不透明变为泛蓝光半透明乳液。因为随着中和度的增大,乳液的亲水性增加,粒径变小,外观变透明。当中和度超过100%时,由于聚氨酯链上没有更多可溶解的季胺盐,不会影响乳液的粒径,所以对乳液没有影响,因此,适宜的中和度为90%~100%。
聚酯型阳离子水性聚氨酯乳液的合成研究 ZHANJIE 2004,25(2)
2.5 聚酯型阳离子聚氨酯乳液薄膜的红外光谱分
析
聚酯型阳离子水性聚氨酯乳液薄膜的红外光谱如图1
所示。
3 结论
聚酯型阳离子水性聚氨酯乳液的配方及合成工艺是:NCO/OH物质的量比为2.7,MDEA的用量占树脂的6%~7%,采用饥饿加料的方式滴加MDEA,初聚体合成温度控制在60~65e,反应时间为3h;引入亲水扩链基团的扩链反应温度为40e;中和度为90%~100%。以此工艺合成的聚酯型阳离子水性聚氨酯乳液具有较好的贮存稳定性,且涂膜的耐水性和机械性能良好。
参考文献
Fig.1 IRspectrogramofpolyestercationic
waterbornepolyurethane
图1 聚酯型阳离子水性聚氨酯的IR谱图
-1
[1]R.Satguru,J.McMahon,J.C.Padget,R.C.Coogan.
Aqueouspolurethanesforsurfacecoatings[J].SurfaceCoatingInternational,1994,77(10):424-431.
[2]李绍雄,刘益军.聚氨酯胶粘剂[M].北京:化学工业出版社,1998.231-306.
[3]朱春凤.阳离子型聚氨酯皮革涂饰剂的应用研究[J].中国皮革,1998,27(6):20-23.
[4]郝广杰,张邦华,宋谋道,等.叔胺型水性聚氨酯的合成及其性能[J].应用化学,1998,15(3):30-34.
[5]黄建颖,胡巧玲,方征平.聚醚和聚酯型水性聚氨酯胶粘剂的制备及性能比较[J].胶体与聚合物,2002,20(1):7-9.
从图1可以看出,在3334cm处是N)H的特征吸收峰,2800~3000cm-1处为C)H伸缩振动吸收峰,3500cm羟基峰和2280~2270cm
-1
-1
处的)
NCO基峰消失,表明)NCO基与羟基全部反应生成氨基甲酸酯基。1710~1700cm-1处为酰胺Ñ峰,1600cm-1处为苯环峰,1615cm-1处为酰胺Ò峰,1100cm-1处为醚键峰。红外光谱分析表明,通过反应生成了聚酯型阳离子水性聚氨酯。
TheStudyonsynthesisofpolyestercationicwaterbornepolyurethaneemulsions
LUXue-liang,ZENGXiao-jun,CHENChuan-mei
(DepartmentofChemicalScienceandTechnology,ChangshuInstituteofTechnology,
Changshu,Jiangsu215500,China)
Abstract:PolyestercationicwaterbornepolyurethaneemulsionsweresynthesizedbythereactionofpolyesterglycolwithtoluenediisocyanateandN-methyldiethanolamine(MDEA).TheeffectsoftheratioofNCO/OH,theadditionmethodofMDEA,theamountofMDEA,reactiontemperatureontheviscosityoftheemulsionandthemechanicalproper-tiesofthefilmcastedfromtheemulsionwerediscussed.ItwasfoundthatwhentheratioofNCO/OHwas2.7,theamountofMDEAwas6%~7%ofresinweight,theaddingmethodofMDEAwasstarved,thesynthesizingtemperatureofinitialpolymerwas60~65e,thetemperatureofchain-extendingreactiontointroducethehydrophilicgroupswas40eandtheneutralizationdegreewas90%~100%,theobtainedpolyestercationicwaterbornepolyurethaneemulsionhasgoodstoragestabilityanditsfilmhasgoodwater-resistanceandmechanicalproperties.
Keywords:waterbornepolyurethaneemulsion;synthesis;property
(编辑 李健民)
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聚酯型阳离子水性聚氨酯乳液的合成研究
陆雪良,曾小君,陈船妹
(常熟理工学院化学科学与技术系,江苏常熟215500)
摘要:采用聚酯二醇(JW2503)、甲苯二异氰酸酯(TDI)、N-甲基二乙醇胺(MDEA)为基本原料,用丙酮法合成了
聚酯型阳离子水性聚氨酯乳液。讨论了NCO/OH量比、MDEA的加入方式及其用量、反应温度等因素对乳液性能的影响。实验结果表明,当合成条件为:NCO/OH量比为2.7,MDEA的用量占树脂的6%~7%,且采用饥饿加料的方式滴加MDEA,初聚体合成温度为60~65e,引入亲水扩链基团的扩链反应温度为40e,中和度90%~100%时,合成的聚酯型阳离子水性聚氨酯乳液具有较好的贮存稳定性,且涂膜的耐水性和机械性能良好。
关键词:水性聚氨酯乳液;合成;性能
中图分类号:TQ331.4+99 文献标识码:A 文章编号:1001-5922(2004)02-0019-04
引言
水性聚氨酯(WPU)是以水为介质的聚氨酯分散体系,具有无毒、不燃、不污染环境、节能、安全、不易损伤被涂饰表面、易操作和改性等优点,广泛用作皮革涂饰剂、纺织助剂、造纸工业助剂、涂料和粘合剂等方面,而且还在不断扩大其应用领域[1~2]。为了获得稳定的水性聚氨酯分散体系,在聚氨酯预聚体分子中引入亲水基团,使其能在水中乳化。阴离子水性聚氨酯一般是在预聚体分子中引入羧基或磺酸基,而阳离子水性聚氨酯则采用2种方法引入亲水基团,即与卤族化合物或叔胺化合物反应引入季铵盐。目前,文献报道的阴离子水性聚氨酯较多,而阳离子水性聚氨酯的合成报道较少,对其关键技术)))季胺盐化的研究报道更少。本文研究了聚酯型阳离子水性聚氨酯的合成工艺和反应条件。系统地研究了NCO/OH量比、MDEA的加入方式及其用量、反应温度等因素对产品性能的影响。1 实验部分
1.1 原材料的准备及处理
甲苯二异氰酸酯,分析纯;聚酯二元醇(JW2503),Mn=2000,使用前在90~95e,真空度为0.09MPa的条件下脱水2.5h;丙酮、丁酮、冰醋酸均
收稿日期:2003-08-07
作者简介:陆雪良(1972-),男,实验师,在读硕士研究生。主要从事水处理剂、农药中间体等精细化工产品的开发与研究工作。
[3~5]
为分析纯,使用前采用4A分子筛脱水处理,其他试剂不经纯化直接使用。
1.2 实验步骤
(1)初聚体的制备 在装有电动搅拌器、温度计、回流冷凝管的四口烧瓶中,加入TDI和经脱水处理的聚酯二元醇,逐渐升温到60e左右,保持在60~65e下反应3h左右,检测体系的NCO含量,当达到规定值后,降温至40e。
(2)初聚体的扩链 滴加亲水扩链剂丁酮溶液,滴加完毕,升温至60~70e,保温反应至NCO含量达到规定值,得到具有一定分子质量的含叔胺基的聚氨酯预聚体。
(3)预聚体的中和 对预聚体进行降温,当温度达到40e左右时,加入冰醋酸中和,加丙酮稀释,快速搅拌混合,得到中间体。
(4)乳化 将一定量的去离子水缓慢加入中间体中,同时高速搅拌乳化,滴加稀盐酸调节体系的pH值至5~7并趋稳定为止,真空脱去丙酮和丁酮,最后得到阳离子水性聚氨酯乳液。1.3 分析测试
(1)固含量的测试 按GB/T2793)1995测定,其中干燥箱温度为(105?2)e。
(2)黏度的测试 用NDJ-79型旋转黏度计按GB/T2794)1995测定,水浴温度为(30?1)e。(3)拉伸强度及断裂伸长率的测试 按GB1701)82测定。
聚酯型阳离子水性聚氨酯乳液的合成研究 ZHANJIE 2004,25(2)
(4)硬度的测定 按GB2411)80测定。(5)红外光谱分析 日本岛津FTIR-8700红外光谱仪,KBr压片,测定范围400~4000cm。2 结果与讨论
2.1 初聚n(NCO)/n(OH)(物质的量比)的影响表1为初聚n(NCO)/n(OH)比值对产品性能的影响。从表1数据可见,随着比值的增加,即硬段
-1
含量增加,乳液的黏度逐渐降低,胶膜的硬度和拉伸强度增加,弹性下降。如果n(NCO)/n(OH)太大,则体系乳化困难,乳液稳定性差,容易分层,而且涂膜硬而脆;若n(NCO)/n(OH)比值太小,预聚物分子质量高,体系黏度太大,也难以乳化。实验表明,n(NCO)/n(OH)比值控制在2.7左右得到的乳液外观和成膜性能都比较好。
Tab.1 Effectofration(NCO)/n(OH)forinitialpolymerizationonemulsionproperties
表1 初聚n(NCO)/n(OH)比值的影响
n(NCO)/n(OH)
2.02.52.62.73.2
黏度/mPa#s
[**************]
乳液外观
白色乳状液,有较多沉淀白色乳状液,有少量沉淀泛蓝光半透明乳状液泛蓝光半透明乳状液石灰水状乳液,易分层
拉伸强度/MPa
5.16.36.97.612.8
断裂伸长率/%
[**************]
硬度(邵氏A)
2228313541
注:聚酯型阳离子水性聚氨酯乳液的质量分数均为23%。
2.2 N-甲基二乙醇胺的影响2.2.1扩链剂加料方式的影响
季胺盐类化合物为)NCO基与活性氢化合物反应的催化剂,N-甲基二乙醇胺加入到反应体系
中,会加速)NCO与)OH的反应,若控制不当,反应速度太快易造成凝胶。表2为N-甲基二乙醇胺的加料方式对乳液性能的影响。
Tab.2 EffectofaddingwayofMDEAonpropertiesofpolyurethaneemulsion
表2 加料方式对聚氨酯乳液性能的影响
编号1234
加料方式60e扩链剂一次加料60e扩链剂在3h内滴加40e扩链剂在3h内滴加40e30%扩链剂在5h内滴加
反应现象反应剧烈,很快凝胶急速升温,黏度大,难乳化反应平稳,黏度较大,能乳化反应平稳,反应产物易乳化
乳液外观
)
石灰水状乳液,易分层
白色乳状液泛蓝光半透明乳状液
从表2可以看到,在较高温度下N-甲基二乙醇胺一次加料,反应剧烈,反应产物易凝胶。加料方式2和方式3易生成大量的交联结构,预聚物的黏度较大,乳化困难;加料方式4采用溶液低温滴加,反应平稳。实验表明,在40e时)NCO与MDEA的羟基反应速度较快,将MDEA一次加入含)NCO基的体系中,温度快速升高,体系黏度急剧增大。方式4将30%的MDEA溶液在5h内滴完,由于MDEA滴加速率低,MDEA与)NCO基的反应速度较快,MDEA几乎在瞬间即反应完毕,体系中MDEA的浓度趋于零,反应物料呈/饥饿0状态,反应热易控制,反应产物为线性聚合物,因而易乳化,且乳液外观和成膜性能好。因此,以方式4加料效果最好。2.2.2 N-甲基二乙醇胺用量的影响
采用相同的配方和加料方式,只改变N-甲基二乙醇胺用量,考查对乳液及成膜性能的影响,试验结果见表3。从表3可见,随着MDEA用量的增加,乳液外观由乳白色半透明乳液变为透明乳液,产品的贮存稳定期延长,胶膜硬度增大、耐水性变差。因此,MDEA的用量控制在6%~7%为宜。
研究报告及专论
Tab.3 EffectofamountofN-methyldiethanolamine
表3 N-甲基二乙醇胺的用量的影响
MDEA质量分数/%
5.06.07.08.0
黏度/mPa#s
[1**********]0
乳液外观乳白色半透明乳液泛蓝光半透明乳状液泛蓝光半透明乳状液
透明乳液
贮存期/a
>1(但10d开始变黄)>1(60d开始变黄)>1(60d开始变黄)>1(60d开始变黄)
粘 接 2004,25(2)
硬度(邵氏A)
27343743
耐水时间/min
40373525
注:聚酯型阳离子水性聚氨酯乳液的质量分数均为23%。
2.3 反应温度的影响2.3.1 初聚反应温度的影响
在初聚过程中,甲苯二异氰酸酯和聚酯二元醇反应,)NCO基团是过量的,并且甲苯二异氰酸酯
的2个)NCO基之间互相产生诱导效应,使其反应活性增加,故聚合初期的反应温度不需要太高。表4是n(NCO)/n(OH)比值为3.8时不同温度对初聚过程的影响。
Tab.4 Effectofreactiontemperatureforinitialpolymerizationonpropertivesofwaterbornepolyurethaneemulsion
表4 初聚反应温度对水性聚氨酯乳液性能的影响
反应90min后
初聚反应温度/e
初聚体黏度/mPa#s
5560657080
[**************]
NCO质量分数/%理论值*
14.214.214.214.214.2
实测值15.714.013.813.613.2
乳白色不透明乳液乳白色半透明乳液泛蓝光半透明乳状液
白色乳状液石灰水状乳液乳液外观
* 理论)NCO含量是在不发生副反应的情况下,)OH基与)NCO基完全反应后,)NCO基在预聚物中的质量分数。)NCO理论值是指发生初聚反应之后的NCO理论含量。
从表4可以看到,初聚反应温度过高,易使实际)NCO含量低于理论值,黏度增长较快,乳液外观较差;温度较低时,对最终产品性能虽然影响不大,但是所需反应时间增加。故初聚反应温度应控制在65e左右。
2.3.2 扩链反应温度对乳液的影响
引入N-甲基二乙醇胺时,若反应温度太高,会加速)NCO基与)OH的反应,体系黏度增加,乳化困难,控制不当容易凝胶。因此,引入亲水扩链剂N-甲基二乙醇胺时,反应温度控制在40e左右,乳液外观和成膜性能都比较好。2.4 中和度的影响
中和度是指醋酸与MDEA的物质的量比,比值越大,中和度越大。表5是中和度对乳液外观和黏度的影响。
Tab.5 Effectofneutrolizationdegreeonproperties
ofwaterbornepolyurethaneemulsion表5 中和度对水性聚氨酯乳液性能的影响
中和度/%乳液外观黏度/mPa#s
80乳白不透明220
85乳白半透明230
90泛蓝光半透明260
95泛蓝光半透明320
100泛蓝光半透明390
注:聚酯型阳离子水性聚氨酯乳液的质量分数均为23%。
从表5可以看到,随着中和度的增大,聚氨酯乳液的外观由乳白不透明变为泛蓝光半透明乳液。因为随着中和度的增大,乳液的亲水性增加,粒径变小,外观变透明。当中和度超过100%时,由于聚氨酯链上没有更多可溶解的季胺盐,不会影响乳液的粒径,所以对乳液没有影响,因此,适宜的中和度为90%~100%。
聚酯型阳离子水性聚氨酯乳液的合成研究 ZHANJIE 2004,25(2)
2.5 聚酯型阳离子聚氨酯乳液薄膜的红外光谱分
析
聚酯型阳离子水性聚氨酯乳液薄膜的红外光谱如图1
所示。
3 结论
聚酯型阳离子水性聚氨酯乳液的配方及合成工艺是:NCO/OH物质的量比为2.7,MDEA的用量占树脂的6%~7%,采用饥饿加料的方式滴加MDEA,初聚体合成温度控制在60~65e,反应时间为3h;引入亲水扩链基团的扩链反应温度为40e;中和度为90%~100%。以此工艺合成的聚酯型阳离子水性聚氨酯乳液具有较好的贮存稳定性,且涂膜的耐水性和机械性能良好。
参考文献
Fig.1 IRspectrogramofpolyestercationic
waterbornepolyurethane
图1 聚酯型阳离子水性聚氨酯的IR谱图
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从图1可以看出,在3334cm处是N)H的特征吸收峰,2800~3000cm-1处为C)H伸缩振动吸收峰,3500cm羟基峰和2280~2270cm
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处的)
NCO基峰消失,表明)NCO基与羟基全部反应生成氨基甲酸酯基。1710~1700cm-1处为酰胺Ñ峰,1600cm-1处为苯环峰,1615cm-1处为酰胺Ò峰,1100cm-1处为醚键峰。红外光谱分析表明,通过反应生成了聚酯型阳离子水性聚氨酯。
TheStudyonsynthesisofpolyestercationicwaterbornepolyurethaneemulsions
LUXue-liang,ZENGXiao-jun,CHENChuan-mei
(DepartmentofChemicalScienceandTechnology,ChangshuInstituteofTechnology,
Changshu,Jiangsu215500,China)
Abstract:PolyestercationicwaterbornepolyurethaneemulsionsweresynthesizedbythereactionofpolyesterglycolwithtoluenediisocyanateandN-methyldiethanolamine(MDEA).TheeffectsoftheratioofNCO/OH,theadditionmethodofMDEA,theamountofMDEA,reactiontemperatureontheviscosityoftheemulsionandthemechanicalproper-tiesofthefilmcastedfromtheemulsionwerediscussed.ItwasfoundthatwhentheratioofNCO/OHwas2.7,theamountofMDEAwas6%~7%ofresinweight,theaddingmethodofMDEAwasstarved,thesynthesizingtemperatureofinitialpolymerwas60~65e,thetemperatureofchain-extendingreactiontointroducethehydrophilicgroupswas40eandtheneutralizationdegreewas90%~100%,theobtainedpolyestercationicwaterbornepolyurethaneemulsionhasgoodstoragestabilityanditsfilmhasgoodwater-resistanceandmechanicalproperties.
Keywords:waterbornepolyurethaneemulsion;synthesis;property
(编辑 李健民)
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