环氧树脂改性水性聚氨酯的制备及性能研究

采用E-20型环氧树脂(EP)在70℃下对聚氨酯(PU)预聚体进行改性得到改性预聚体,然后将该改性预聚体进行乳化制备了EP改性PU乳液。研究了预聚体的改性反应过程、改性PU乳液的粒径及分布、乳液浇铸膜的性能及经热固化后的膜的性能。结果表明,在预聚体改性过程中,部分异氰酸酯基团主要与EP结构中的羟基发生了反应,形成了以EP封端的PU链;改性PU乳液的粒径随EP用量的增加而增大,且分布变宽;随EP用量的增加,改性乳液浇铸膜的抗水性增加、力学性能提高;将膜进行后固化,在温度达到130℃时,改性树脂中的大部分环氧基团与预聚体链上的羧基发生交联反应,使改性树脂的耐水性能和力学性能得以明显提高。     

阴离子改性PUA紫外光固化胶粘剂的制备及性能

以异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、二羟甲基丁酸(DMBA)和聚四氢呋喃醚二醇(PTMG)等为主要原料,制得聚氨酯(PU)预聚体;然后将其与丙烯酸羟乙酯(HEA)反应,制得HEA封端的聚氨酯丙烯酸酯(PUA)预聚体;最后在PUA预聚体中加入中和剂等助剂,制备出阴离子改性PUA紫外光(UV)固化胶粘剂。研究结果表明:当w(DMBA中-COOH)=1.2%(相对于PU预聚体质量而言)、中和度=n(中和剂)∶n(DMBA)=80%、以PTMG为多元醇且偶联剂采用预处理法加入时,相应的阴离子改性PUA型UV固化胶粘剂的耐水性、粘接强度和耐久性俱佳。     

接枝型PUA乳液合成及聚合动力学研究

甲基丙烯酸羟丙酯与水性聚氨酯预聚体反应,得到双烯封端的水性聚氨酯乳液。在乳化剂、引发剂存在下,将丙烯酸酯单体与水性聚氨酯乳液充分混合,并引发聚合,制备了接枝型PUA乳液。TEM观察了PUA乳液的形貌,PUA乳液的粒径在60～120 nm之间;FTIR和NMR表征了合成的PUA结构,显示丙烯酸酯的加入改变了PU本身的氢键相互作用;转化率测试表明,甲基丙烯酸羟丙酯与PU预聚体的反应具有二级动力学特征,而乳化剂的用量影响丙烯酸酯单体与双烯封端聚氨酯乳液的反应速率,反应速率与乳化剂用量符合Rp∝[SDS]0.28。     

硅烷偶联剂封端改性水性聚氨酯的研究

以聚醚多元醇(GE210)、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)和α,α-二羟甲基丙酸(DMPA)为原料合成了基础聚氨酯(PU)预聚体,然后以1,4-丁二醇进一步扩链制得了水性聚氨酯(WPU)乳液,最后以偶联剂γ-氨丙基三甲氧基硅烷对PU分子进行封端,得到了稳定的改性PU乳液。通过对偶联剂的用量和封端条件等研究,确定了适合硅烷改性WPU的方式。实验结果表明,当w(硅烷偶联剂)=4%～5%时(占树脂的质量分数),硅烷偶联剂封端改性WPU乳液具有较低的表面张力,其胶膜的力学性能和耐水耐溶剂性能均相当优异。     

温度和锡催化剂对WPU反应速率影响及乳化反应条件选择

以2,4-甲苯二异氰酸酯(TDI)、聚乙二醇(PEG)及N-甲基二乙醇胺(MDEA)等为原料,制备出一种亲水性阳离子型水性聚氨酯(WPU)乳液。通过跟踪测定预聚体中-NCO含量,分析了温度和锡催化剂用量对PU(聚氨酯)预聚反应速率的影响,并对后续乳化反应条件进行了选择。结果表明:PU预聚反应速率随温度升高和催化剂用量增加而增大;当温度为60℃、w(催化剂)=1.0%时,预聚反应迅速且平稳。采用低温乳化、先中和后乳化、将中间体加入水中以及低搅拌速率等方法,可以得到分散性好、气泡量低且性能稳定的WPU乳液。     

硅烷封端聚氨酯热熔胶反应动力学的研究

采用自制聚酯A与甲苯二异氰酸酯(TDI)进行反应,合成了聚氨酯(PU)预聚体,再与3-N(苯基)氨基丙基三甲氧基硅烷进行封端反应,合成了硅烷封端聚氨酯热熔胶(SPUR)。通过化学分析法分别研究了PU预聚体和SPUR的反应动力学。结果表明,聚酯A与TDI的预聚反应为二级反应,反应活化能Ea为33.82kJ/mol,75℃下反应速率常数k为0.00732g/(mol.min),反应末期由于粘度增大和支化反应,偏离了二级反应;PU预聚体与3-N(苯基)氨基丙基三甲氧基硅烷的反应也为二级反应,反应速率常数k为0.0827g/(mol.min),反应速率快,可在室温下快速反应。     

含磷丙烯酸酯聚氨酯乳液的合成及其性能研究

以聚四氢呋喃二醇(PTMG)、甲苯二异氰酸酯(TDI)、二羟甲基丙酸(DMPA)及丙烯酸β-羟乙酯(HEA)为主要原料合成水性聚氨酯(PU)大单体,得到HEA封端的聚氨酯,加入甲基丙烯酸甲酯(MMA)、磷酸酯功能单体等单体,以半连续乳液聚合法合成了水性含磷丙烯酸酯聚氨酯(P-PUA)。考察了DMPA用量、引发剂用量、丙烯酸磷酸酯单体用量、MMA用量对乳液和涂膜性能的影响。结果表明:DPMA用量、引发剂用量、丙烯酸磷酸酯单体用量、MMA用量分别为预聚体总量6.0%、3.0%~3.5%、5.0%、15.0%时,得到综合性能良好的P-PUA乳液,制得的涂膜附着力1级,涂膜耐水时间550 h,无闪蚀现象。     

聚氨酯/丙烯酸酯共聚乳液合成条件研究

对聚氨酯/丙烯酸酯(PUA)乳液的合成条件(加料方式、引发剂的种类和用量、乳化剂以及pH值)进行了研究,结果显示:连续将混合单体和引发剂在一定时间内均匀滴加到反应体系中,反应平稳,制备的乳液乳胶粒细而均匀;用K2S2O8做引发剂制得的PUA共聚复合乳液稳定,带有蓝色荧光、粒子均匀无凝胶;在PU预聚体的含量低于6%时,需要加入小分子乳化剂,以弥补PU预聚体的乳化能力不足;当含量高于6%时,乳液聚合只使用PU预聚体就能得到稳定的PUA共聚复合乳液;在乳液聚合时需控制体系的pH值在7.0～9.0。     

双键封端水性聚氨酯的合成及表征

以异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、聚醚二醇(N-210)、二羟甲基丙酸(DMPA)、一缩二乙二醇(DEG)及丙烯酸羟乙酯(HEA)为基本原料,经相转化法合成了一系列双键封端阴离子型水性聚氨酯(TPU)自乳化乳液。探讨了封端时间及HEA用量对封端的影响,HEA用量对乳液粒径、胶膜热性能及涂层紫外吸收的影响。FTIR测试表明,在聚合温度70℃下,HEA用量为理论用量120%时,3 h封端完全;粒径测试表明,乳液粒径随着HEA用量的增加而增大;TGA测试表明,胶膜耐热性随着HEA添加量的增加而提高;紫外吸收测试表明,随HEA用量的提高,乳液在220 nm处吸收增强。     

水性环氧树脂-聚丙烯酸酯-聚氨酯杂化乳液研究

以2,2-二羟甲基丙酸为亲水扩链剂,环氧树脂E-51为改性剂制得了以异氰酸酯基封端、含有羧基的聚氨酯预聚体。然后以季戊四醇三丙烯酸酯(PETA)对预聚体进行部分封端,将封端的预聚体与甲基丙烯酸甲酯(MMA)复合,并分散于水中,得到了含MMA的聚氨酯水分散体。最后,通过原位自由基聚合制得水性环氧树脂-聚丙烯酸酯-聚氨酯杂化乳液(WPUEA)。通过红外光谱、扫描电镜、透射电镜和热失重分析等对乳液及聚合物结构进行了表征并研究了E-51和MMA的用量对聚合物粒子性能的影响。结果表明,MMA和E-51用量分别为聚氨酯预聚体质量的25%~30%和7%~9%时,WPUEA乳液及聚合物的综合性能最佳。     

高固含量丙烯酸酯改性聚氨酯胶粘剂的研制

以聚醚多元醇、聚酯多元醇和蓖麻油为混合多元醇,以改性MDI(4,4′-二苯基甲烷二异氰酸酯)及PAPI(多亚甲基多苯基多异氰酸酯)为混合异氰酸酯,合成了聚氨酯(PU)胶粘剂预聚体;然后以PA(羟基丙烯酸酯树脂)作为PU预聚体的改性剂,制得高固含量的PUA(聚丙烯酸酯改性聚氨酯)胶粘剂。结果表明:当m(改性MDI)∶m(PAPI)=1∶1、n(-NCO)∶n(-OH)=2.2∶1、w(PA)=8%(相对于PU质量而言)和w(丙烯酸羟乙酯)=3%(相对于PU质量而言)时,PUA胶粘剂的综合性能较好。     

双组分丙烯酸酯胶粘剂的研制

丙烯酸酯压敏胶粘剂作为A组分,含有-NCO的聚氨酯预聚物作为B组分,把A组分和B组分混合,制备双组分丙烯酸酯胶粘剂。丙烯酸酯压敏胶粘剂则是由丙烯酸羟乙酯、丙烯酸羟丙酯、GMA(甲基丙烯酸缩水甘油酯)等单体通过溶液聚合而成的。研究了自交联丙烯酸酯的用量及A组分与B组分的配比对双组分丙烯酸酯胶粘剂性能的影响。     

Curing and combustion properties of a PU‐coating system with UV‐reactive phosphazene

A UV‐curable polyurethane (PU)‐coating system containing phosphorus is formulated by the combination of photoinitiator, PU acrylate oligomer, and UV‐reactive phosphazene monomer. PU acrylate oligomer is prepared by the addition of 2‐hydroxyethylmethacrylate (HEMA) to NCO‐terminated PU prepolymer. UV‐reactive phosphazene monomer is derived from the HEMA substitution reaction to hexachlorocyclotriphosphazene (NPCl₂)₃. The curing reaction of this PU‐coating system is carried out by UV irradiation. The resultant UV‐cured PU‐coated films demonstrated better performance properties than those of original UV‐cured PU acrylate (UV‐PU) without UV‐reactive phosphazene monomer. Furthermore, their thermal properties are investigated by a thermogravimetric analyzer and a dynamic mechanical thermal analyzer, respectively. The combustion behaviors of these UV‐cured PU‐coated films are evaluated by the measurements of a limiting oxygen index and a cone calorimeter. © 2002 Wiley Periodicals, Inc. J Appl Polym Sci 85: 1980–1991, 2002     

丙烯酸酯改性水性聚氨酯的合成及应用研究

以异氰酸酯、聚醚多元醇及二羟甲基丙酸(DMPA)为主要原料,合成了水性聚氨酯(WPU)预聚体;然后采用扩链、交联和丙烯酸酯复合改性等方法制备了丙烯酸酯改性水性聚氨酯(PUA)。结果表明:水性PUA具有丙烯酸酯和聚氨酯(PU)的双重优点,而且其低温成膜性较好、综合性能较优、成本及VOC含量较低;由PUA配制的木器漆,其主要性能均达到HG/T36082-1999标准。     

淀粉IPN型环保胶粘剂的合成

采用淀粉改性的聚醋酸乙烯酯(PVAc)乳液与聚氨酯(PU)预聚体交联制成了具有IPN(互穿网络聚合物)结构的胶粘剂。探讨了各原料的用量及反应温度等因素对该胶粘剂的制备及性能的影响。实验结果表明,制备该胶粘剂的适宜工艺条件为:氧化淀粉10.0g,水40.0g,聚乙烯醇(PVA)15.0g,PVAc25.0g,PU预聚体5.0g,乳化剂2mL,引发剂0.8g,扩链剂2mL,无机物填料5.0g,反应温度为65～85℃;由此制得的淀粉IPN型环保胶粘剂具有耐低温性好、耐水性佳、粘接强度高及无甲醛等优点,可用于层压板与纸塑、木塑复合材料的粘接。     

水性光敏聚氨酯丙烯酸酯的合成与性能研究

用IPDI、DMPA、PTMG和HEMA合成了紫外光固化聚氨酯丙烯酸酯(PUA)水乳液。采用FTIR、国标GB12009.4-89等方法对该PUA预聚体合成过程和组分进行了测试和表征,考察了n(-NCO)/n(-OH)、羧基含量、pH值等对此乳液及涂膜性能的影响。结果表明:当n(-NCO)/n(-OH)=1.3左右,-COOH含量为1.4%～3.4%(质量分数),中和度为85%～100%时,合成的乳液制成的涂膜具有更加优良的机械性能、耐化学性、耐水性等。     

改性水性聚氨酯汽车内饰胶的合成

采用丙酮法,并以聚醚二元醇(N220)、甲苯二异氰酸酯(TDI-80)、1,4-丁二醇(BDO)和二羟甲基丙酸(DMPA)等为原料,制备了聚氨酯(PU)预聚体;然后以丙烯酸酯为改性剂合成出水性聚氨酯(WPU)乳液。实验结果表明,当w(丙烯酸酯单体)=25%、w(DMPA)=3.8%时,可得到高性能的改性WPU乳液;由该乳液制得的胶粘剂可以满足汽车内饰材料的粘接要求。     

丙烯酸改性水性聚氨酯合成方法

介绍了聚氨酯预聚物分散制各水性聚氨酯的方法，讨论了丙烯酸酯改性对水性聚氨酯涂膜的性能影响。分析了亲水性物质、交联剂、扩链剂、引发剂、中和剂、有机溶剂等对水性聚氨酯涂膜外观及性能的影响。     

Self‐curable system of an aqueous‐based polyurethane dispersion via a ring‐opening reaction of azetidine end groups

An azetidine (AZT) containing compound, 3‐azetidinyl propanol was synthesized from methyl acrylate with 3‐amino‐1‐propanol in a four‐step reaction. It was introduced into an isocyanate‐terminated carboxylic acid containing polyurethane (PU) prepolymer as the end group. A single‐component, AZT‐terminated self‐curable aqueous‐based PU dispersion was obtained from the water dispersion process after it was neutralized with triethylamine. Its carboxylic groups served not only as the internal emulsifier stabilizing the aqueous PU dispersion but also as PU self‐curing sites toward its AZT end groups via a ring‐opening reaction. The curing reaction took place on drying and resulted in polymeric network structure formation among the polymers. The performance properties of this self‐cured PU were evaluated in this study. © 2006 Wiley Periodicals, Inc. J Appl Polym Sci 102: 4383–4393, 2006