水性聚氨酯的合成

1、水性聚氨酯的合成水性聚氨酯的合成n第一章第一章 簡(jiǎn)介簡(jiǎn)介n1.1 水性聚氨酯n1.2 應(yīng)用 n1.3 前景n1.4 合成機(jī)理n1.5 合成原料 n第二章第二章 實(shí)驗(yàn)部分實(shí)驗(yàn)部分n2.1 實(shí)驗(yàn)儀器n2.2 實(shí)驗(yàn)材料與藥品n2.3 陽(yáng)離子水性PU的合成機(jī)理n2.4 陽(yáng)離子水性PU的實(shí)驗(yàn)步驟n2.5 陰離子水性PU的合成機(jī)理n2.6 陰離子水性PU的實(shí)驗(yàn)步驟n2.7 陰離子水性PU的改性n2.8 測(cè)試 THANK YOU 水性聚氨酯水性聚氨酯n以水為介質(zhì)的二元膠態(tài)體系， 聚氨酯粒子分散于連續(xù)的水相中， 也稱之為水性PU。具有無(wú)毒，安全， 不易燃， 節(jié)能環(huán)保， 易操作和改性等優(yōu)點(diǎn)。 n外觀：外觀：聚氨

2、酯水溶液（粒經(jīng)100nm）。n親水性基團(tuán)的電荷性質(zhì)：親水性基團(tuán)的電荷性質(zhì)：陰離子型、陽(yáng)離子型和非離子型水性聚氨酯。 n合成單體：聚醚型、聚酯型和聚醚、聚酯混合型。 應(yīng)用應(yīng)用 n織物涂層整理織物涂層整理n皮革涂飾劑皮革涂飾劑n水性聚氨酯涂料水性聚氨酯涂料n水性聚氨酯粘合劑水性聚氨酯粘合劑n印染助劑印染助劑 n其他應(yīng)用其他應(yīng)用n水性PU 可制成木制家具烘烤漆n水性PU 環(huán)氧樹(shù)脂可用于艦船涂層、金屬防腐涂層 n水性PU 可制成高檔建筑涂料 前景前景n水性PU 作為正在蓬勃發(fā)展的新型高分子材料， 不僅僅是為了解決環(huán)保問(wèn)題，更因通過(guò)離聚體制得的APU 分子鏈中存在庫(kù)倫力和氫鍵作用，使其中膠粘性能等方面可

3、與溶劑型PU 媲美，正逐步顯示出優(yōu)良而廣泛的應(yīng)用性能。因此，在皮革及纖維處理、膠粘劑和涂料等應(yīng)用領(lǐng)域均可見(jiàn)其蹤影，且有日漸取代溶劑型PU 的趨勢(shì)。經(jīng)過(guò)大量科研人員的努力， 將不斷提高其性能， 使適用于更多的場(chǎng)合， 這是一個(gè)值得重視、研究、開(kāi)發(fā)的新領(lǐng)域。 合成機(jī)理合成機(jī)理n水性聚氨酯的合成可分為兩個(gè)階段：n第一階段為預(yù)逐步聚合，即由低聚物二醇、擴(kuò)鏈劑、水性單體、二異氰酸酯通過(guò)溶液逐步聚合生成分子量為103 量級(jí)的水性聚氨酯預(yù)聚體；第二階段為中和后預(yù)聚體在水中的分散。 n根據(jù)擴(kuò)鏈反應(yīng)的不同，自乳化法主要有丙酮法和預(yù)聚體分散法。合成原料合成原料n多異氰酸酯 n低聚物多元醇n擴(kuò)鏈劑n親水劑（親水性擴(kuò)鏈

4、劑）n中和劑（成鹽劑） n溶劑 n水 實(shí)驗(yàn)儀器實(shí)驗(yàn)儀器儀器名稱型號(hào)儀器名稱型號(hào)英文名稱英文名稱縮寫(xiě)縮寫(xiě)生產(chǎn)廠家生產(chǎn)廠家JB50-D型磁力電動(dòng)攪拌機(jī) Fourier Transform-IR Spectroscopy800型 上海手術(shù)器械廠 HHS.I指針式電熱恒溫水浴鍋 Electric Heat Constant Temperature Water Bath Boiler 37100 上海華連醫(yī)療器械有限公司 FA1004型電子天平Electronic Weighing Balances精度0。0001g上海精密科學(xué)儀器有限公司DHG-9070A烘箱01000 滬粵科學(xué)儀器廠DHG-9053

5、A型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱Electrically-heated Blast Desiccator0-200上海醫(yī)用恒溫設(shè)備廠實(shí)驗(yàn)材料與藥品實(shí)驗(yàn)材料與藥品試劑名稱試劑名稱級(jí)別級(jí)別生產(chǎn)廠家生產(chǎn)廠家聚乙二醇 工業(yè)級(jí)國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司 N-甲基二乙醇胺 AR上海亨斯邁聚氨酯有限公司 2，2-二羥甲基丙酸 AR上海亨斯邁聚氨酯有限公司濃鹽酸 AR國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司氫氧化鈉 AR上海試劑廠 丙酮 AR國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司液態(tài)MDI （suprasec2023） 聚合級(jí) 上海亨斯邁聚氨酯有限公司液態(tài)MDI（suprasec7112） 聚合級(jí) 上海亨斯邁聚氨酯有限公司陽(yáng)離子水性聚氨酯的合成陽(yáng)離子

6、水性聚氨酯的合成n合成機(jī)理合成機(jī)理n用叔胺化合物引入陽(yáng)離子n該機(jī)理首先將異氰酸酯直接滴入聚酯二醇與叔胺化合物的反應(yīng)體系中直接進(jìn)行聚合擴(kuò)連，再加入溶劑降低粘度，然后加入離子化試劑，攪拌離子化，將離子化后的PU分散到水中，高速剪切乳化，最后蒸除溶劑。 實(shí)驗(yàn)步驟實(shí)驗(yàn)步驟n（1）預(yù)聚體的制備）預(yù)聚體的制備n在裝有電動(dòng)攪拌器、溫度計(jì)的四口燒瓶中，加入摩爾比為1:1的N-甲基二乙醇胺與聚乙二醇（PEG，1000），并加入少量丙酮，逐漸升溫至60左右，待反應(yīng)體系內(nèi)丙酮除盡之后，接上回流冷凝管。在四口燒瓶中加入少量丙酮保持在6065溫度下反應(yīng)4小時(shí)后，將溫度升至80，再反應(yīng)30分鐘 。n（2）預(yù)聚體的中和）預(yù)

7、聚體的中和n對(duì)預(yù)聚體進(jìn)行降溫，當(dāng)溫度降至40左右時(shí)，加入少量鹽酸中和，調(diào)節(jié)PH值到6，加大量丙酮溶解稀釋，快速攪拌混合物，直至混合物呈現(xiàn)半透明為止。n（3）乳化）乳化n將一定量的去離子水加入到四口燒瓶中，同時(shí)高速攪拌保持溫度在40-50之間，將中間體置于滴液漏斗中，緩慢滴加入水中，待中間體完全滴完之后，將溫度升至60保持10分鐘，用鹽酸調(diào)節(jié)乳液PH值，直至乳液呈無(wú)色透明為止（一般PH=6時(shí)，乳液為無(wú)色透明），最后的到了陽(yáng)離子水性聚氨酯乳液。陰離子水性聚氨酯的合成陰離子水性聚氨酯的合成n合成機(jī)合成機(jī)理理n(1) 聚合物多元醇與異氰酸酯反應(yīng)，制備預(yù)聚體。n(2) 在預(yù)聚體中加入親水性擴(kuò)鏈劑DMPA

8、，制備含羧基的預(yù)聚體，并用成鹽劑中和羧基成鹽。n(3) 將上述產(chǎn)物分散于水中，端羥基預(yù)聚體與水進(jìn)行擴(kuò)鏈反應(yīng)形成大分子，大分子疏水部分卷曲聚集形成微粒中心，親水部分分布在微粒表面形成水合層，成為穩(wěn)定的水分散PU 乳液。實(shí)驗(yàn)步驟實(shí)驗(yàn)步驟n（1）預(yù)聚物的合成）預(yù)聚物的合成n在通干燥氮?dú)獾牡臈l件下，在裝有攪拌器、溫度計(jì)及滴液漏斗的四口瓶中，按計(jì)量投入聚乙二醇（PEG，式量1000）與2，2-二羥甲基丙酸，并加入少量丙酮，將溫度升至80除盡丙酮的同時(shí)最大化溶解DMPA固體，將白色固體DMPA完全溶解后，節(jié)回流冷凝管，然后緩慢將溫度回至60，按配方計(jì)量緩慢滴加液態(tài)MDI，將溫度保持在60-65，恒溫反應(yīng)4

9、小時(shí)，將溫度再次升至80，反應(yīng)30分鐘。n（2）中和乳化及分散）中和乳化及分散n將NAOH按與-COOH摩爾比為1:1的計(jì)量，加入去離子水中配成NAOH水溶液，然后將聚合產(chǎn)物滴加到NAOH水溶液中，室溫下，高速剪切攪拌，帶預(yù)聚物全部乳化后，保持30分鐘 。陰離子水性聚氨酯的改性陰離子水性聚氨酯的改性n實(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)原理n陰離子水性聚氨酯與陽(yáng)離子氨基硅油在水溶液中、形成類似于鹽類的混合體系，具有水溶性好的穩(wěn)定乳液特點(diǎn)。陽(yáng)離子氨基硅油與陰離子水性聚氨酯符合乳液，當(dāng)共混液涂抹于羊毛織物表面時(shí)，由于大部分羊毛織物帶有正電荷，故帶有正電荷的陰離子水性聚氨酯由于電荷的異性相吸，自動(dòng)覆蓋于織物表面第一層，增加

10、其耐磨性（這是由于整理后的織物表面粗糙度減小及水性聚氨酯膜本身的耐磨性能所引起），同時(shí)不可避免的的降低了織物的柔軟度與手感，此時(shí)陽(yáng)離子氨基硅油由于電荷的同性相斥，覆蓋于織物外層，增加了織物的柔軟度與手感。n實(shí)驗(yàn)步驟實(shí)驗(yàn)步驟n將已經(jīng)乳化好的陰離子水性聚氨酯至于裝有電動(dòng)攪拌器、溫度計(jì)的四口燒瓶中，室溫下，將陽(yáng)離子氨基硅油通過(guò)滴液漏斗，以1:1（摩爾比）的計(jì)量比，緩慢滴入，待陽(yáng)離子氨基硅油全部滴完后，繼續(xù)攪拌并逐漸升溫至50保持30分鐘（除去混合乳液中的丙酮）。測(cè)試測(cè)試n熱穩(wěn)定性熱穩(wěn)定性n將裝有陽(yáng)（陰）離子水性聚氨酯乳液的四口燒瓶置于水浴鍋中，分別在溫度為30、40、50、60、70、80條件下攪拌，觀察其乳液變化n乳液穩(wěn)定性乳液穩(wěn)定性n沉積試驗(yàn)：將乳液在50 ML (10 CM 長(zhǎng)) 的離心管中， 采用靜置、冷凍和在轉(zhuǎn)速為3000轉(zhuǎn)/分鐘下，離心30分鐘三種辦法。 用試管裝入少量分散液， 然后用塞子堵好試管口， 最后把試管放進(jìn)冷凍柜(218) ， 放置三天后取出， 讓其