端羟烃基聚硅氧烷的合成及其对水性聚氨酸改性研究

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水性聚氨酯(WPU)是以水为主要分散介质的高分子聚合物,是新型环境友好型材料。其成膜物的耐水性、耐溶剂性、耐湿擦性不好,是由于WPU分子链上引入了亲水离子基团。而聚硅氧烷的主链为Si-O-Si键、侧链是有机基团,使其具有耐水性、耐溶剂性、耐热性等优点。将聚硅氧烷链段引入到水性聚氨酯链段中,能很好的提高WPU的耐水性、耐溶剂性、耐候性等性能,具有很大的应用潜力。很多研究者采用羟基聚硅氧烷改性WPU,但是由于形成的Si-O-C键易水解,对提高WPU胶膜的耐水性起到了相反的作用。端羟烃基聚硅氧烷是一类羟基直接连在碳上的聚硅氧烷,用于改性WPU,则形成Si-C-O键,耐水性好。本文合成了端羟烃基聚甲基苯基硅氧烷和端羟烃基聚甲基硅氧烷,并用这两种聚硅氧烷分别改性羧酸型阴离子水性聚氨酯,再对比研究了两种聚硅氧烷改性WPU的性能。  以氢封端聚甲基苯基硅氧烷、烯丙基缩水甘油醚、甲醇等为主要原料合成了不同相对分子量的端羟烃基聚甲基苯基硅氧烷;以四甲基二氢二硅氧烷(MMH)、八甲基环四硅氧烷(D4)、烯丙基缩水甘油醚、甲醇等为原料合成了不同相对分子量的端羟烃基聚甲基硅氧烷。并用红外光谱、核磁共振氢谱对得到的两种聚硅氧烷及其中间产物进行了表征,最后还研究了硅氢加成反应、平衡反应、醇解反应各自的反应条件对转化率的影响。确定了最佳的反应条件。  以甲苯二异氰酸酯(TDI)、聚丙二醇-2000(PPG-2000)、端羟烃基聚硅氧烷、二羟甲基丙酸(DMPA)、一缩二丙二醇、三乙胺等为主要原料用丙酮法合成了端羟烃基聚硅氧烷改性水性聚氨酯乳液,将其乳液制成WPU胶膜,研究了不同聚硅氧烷的相对分子量、含量对WPU胶膜的吸水率、吸甲苯率、力学性能的影响,利用扫描电镜(SEM)对胶膜断面微观形貌进行了分析,最后利用热失重分析(TG)对WPU胶膜、聚甲基苯基硅氧烷改性WPU胶膜、聚甲基硅氧烷改性WPU胶膜进行了热分析。  研究结果表明,聚甲基苯基硅氧烷的相对分子量为2300、含量4.5%时,胶膜的性能最佳,与纯WPU相比,吸水率下降了75.18%,吸甲苯率下降了34.11%,拉伸强度增大了146.67%。聚甲基硅氧烷的相对分子量2003、含量3.5%时,胶膜性能最佳,与未改性的WPU相比较,吸水率下降了86.73%,吸甲苯率下降了31.43%,拉伸强度增加了92.36%。通过SEM图片可以看出,聚硅氧烷含量越高,胶膜出现的相分离越严重,聚甲基苯基硅氧烷由于苯基的存在,增加了聚硅氧烷与聚氨酯的相容性,使得其改性的WPU胶膜的微相分离程度没有聚甲基硅氧烷改性的WPU胶膜严重。通过热失重分析(TG)发现,聚硅氧烷改性的WPU胶膜的热温度性要比纯WPU的要好,而由于聚甲基苯基硅氧烷中苯基的存在,其改性的WPU胶膜热稳定性要比聚甲基硅氧烷改性的WPU胶膜的要稍好。
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