李 竞
(江西应用技术职业学院 自然资源部离子型稀土资源于环境重点实验室,江西 赣州 341000)
水性聚氨酯;耐黄变;贮存稳定性
水性聚氨酯( WPU) 是一种软、硬段可调节范围广,具有良好的耐低温性能、柔顺性、耐磨性及力学性能的新型环境友好型高分子材料,可制备成涂层、皮 革、泡 沫 材 料 等,具 有 非 常 广 泛 的 用途[1] 。其中,阴离子型的 WPU 已广泛应用于织物助剂、汽车涂装、造纸助剂、外墙漆、木器清漆等领域。 但是,WPU 在作为涂层使用时,常发生黄变,其原因可归结于在日光环境中由于紫外光照射,膜品氧化变黄。 尤其是芳香族聚氨酯,黄变现象更为严重。
为解决水性聚氨酯黄变问题,研究人员开展了大量的工作。 沈慧芳等[2] 以异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI) 与 聚 四 氢 呋 喃 ( PTMEG) 和 聚 醚 二 元 醇(N220)为复配的多元醇反应,获得了综合性能较好的水性聚氨酯分散液,但是材料在力学性能优异的同时贮存稳定性欠佳;梁柱等[3] 通过添加抗氧剂GA80 制备了阴离子水性聚氨酯,材料具有较好的耐黄变性能;冯月兰等[4] 在聚氨酯弹性体中添加适量的抗氧剂和紫外光吸收剂,能够有效提高聚氨酯弹性体的耐黄变性能。
本文通过以 IPDI 和 PTMEG 为主要原料,以(1,4⁃丁二醇)BDO 和 2,2⁃二羟甲基丙酸(DMPA)协同扩链,同时选取三羟甲基丙烷( TMP) 进行交联,通过加入阴离子小分子扩链剂,制备了水性聚氨酯,并对其储存稳定性、耐黄变性能、力学性能等进行研究。
将 PTMEG 和 IPDI 加入经灼烧的 250 mL 三口瓶中,85 ℃反应 2 h 后,降温至 45 ℃ ,加入 DMPA、TMP、BDO 和月桂酸锡3 ~ 5 d,同时加入30 mL 丙酮后升温至 80 ℃反应 4. 5 h。 降温至 35 ℃ ,加入 TEA反应 15 min 后加速搅拌,加水乳化 30 min。 减压蒸去丙酮,得到半透明泛蓝光乳液。
为了研究羧基含量对材料性能的影响,本文合成了 DMPA 质量分数为 0. 50% 、1. 23% 、3. 76% 、5. 00% 、6. 10% 的水性聚氨酯,分别命名为 PU1、PU2、PU3、PU4 和 PU5。
采用先预聚再扩链的聚合方式制备水性聚氨酯。 将单体预聚合到一定分子量后,通过小分子扩链、交联方式获得更大分子量的交联网络结构。 同时,在主链中引入 DMPA, - COOH 的存在提高乳液的 ζ 电位,从而提高乳液稳定性。
2. 2 原料及稀释倍率对乳液的影响
由表 1 可知,随着二羟甲基丙酸(DMPA)在聚氨酯链段中质量分数从 0. 5% 逐步增加至 6. 10% ,乳胶粒重均粒径和数均粒径分别从 125. 3 nm、72. 3nm 减小到 96. 7 nm 和 43. 5 nm,表明亲水基团含量越高,所制备的乳液稳定性越好。
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