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水性聚氨酯的合成及在纺织物涂层上的应用

水性聚氨酯的合成及在纺织物涂层上的应用

本课题选用脂肪族六亚甲基二异氰酸酯(HDI)、聚氧化丙烯二元醇(PPG)、二羟甲基丙酸(DMPA)和小分子二元醇等为主要原料,采用阴离子自乳化法,合成了一系列稳定的聚醚型水性聚氨酯乳液,然后与自制交联剂交联成膜,并在纯棉织物上进行涂层。

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  • 详细描述

    水性聚氨酯的合成及在纺织物涂层上的应用
    1、课题的研究意义
    聚氨酯材料是由大量微细孔及聚氨酯树脂孔壁经络组成的,一般称之为“聚氨酯泡沫塑料”根据所用原料品种的不同以及配方用量的变化,可以制成不同密度、不同性能的软质、半硬质以及硬质聚氨酯泡沫塑料,用于各种不同的用途。
    聚氨酯材料性能优异,用途广泛,制品种类多其中尤以泡沫塑料的用途最为广泛。特别在家具、床具、运输、冷藏、建筑、绝热等部门使用得十分普遍已经成为不可缺少的材料之一。它在安全方面发挥着重要的作用,主要体现在聚氨酯封孔测定瓦斯压力、用于汽车的安全部件、用于煤矿(基坑、边坡等)锚固材料、用于燃油箱防爆材料、用于密封材料、用于灌封材料等方面,因此它的研制对安全有很重要的意义目前,水性聚氨酯己广泛应用于纺织、皮革加工、木材加工、建筑、汽车、造纸、电子等各个领域。水性聚氨酯对织物的成膜性好,粘接强度高,能赋予织物柔软丰满的手感,改善织物的耐磨性、抗皱性、回弹性、通透性、耐水性和耐热性等,在纺织行业中有广泛的应用。
    2、课题研究国内外形势
    国外在20世纪50年代就开始了水性PU胶的研究,直到80年代才在技术上取得突破,90年代推向市场。我国的研究始于20世纪70年代初,近年来研究工作十分活跃,但与国外水平相比,仍处于开发阶段。
    随着经济高速发展,环保要求越来越高,国内许多单位都积极投入到水性聚氨酯的研发中,据不完全统计,目前我国水性PU胶粘剂的科研、生产单位已有上百家。水性PU胶粘剂具有耐低温、柔韧性、粘接性能好、胶膜物性可调节范围宽等优点,已在植绒、多种层压制品的粘合(包括薄膜、织物、棉或化纤、无纺布、纸张、食品包装复合塑料薄膜等)、汽车内饰材料的粘接、木工、压敏胶、制鞋等领域得到广泛应用。前几年我国一些三资鞋厂已开始使用水性PU胶。目前每年单从我国出口到国外的4大名牌(如耐克等)所用的水性PU胶就达到2万吨。由于国产水性PU胶在固化速度、初粘性、耐热性等方面均不及溶剂型胶,因此国内市场上的纺织物水性PU基本上为进口产品。
    3、课题的基本内容
    3.1、水性聚氨酯制备方法及原理
    聚氨酯的疏水性很强,既不能直接溶于水,也很难分散在水中。因此,用传统的工艺先合成聚氨酯后,再分散到水中的方法是不能制得水性聚氨酯的,又由于异氰酸酯遇水即迅速反应,也很难在水中进行制备,因而必须采用新的方法来合成水性聚氨酯。从乳化方法上看,水性聚氨酯乳液的制备可分为自乳化法和外乳化法两种。外乳化法又称强制乳化法,若分子链中仅含有少量不足以自乳化的亲水性链段或基团,或完全不含亲水性成分,此时必须添加乳化剂,才能得到乳液。自乳化法又称内乳化法,是指聚氨酯链段中含有亲水性成分,因而无需乳化剂即可形成稳定乳液的方法。
    3.2、水性聚氨酯合成步骤
    (1)低聚物二元醇和二异氰酸酯反应生成含端异氰酸酯基的预聚体;
    (2)含端异氰酸酯基的预聚体和含亲水性基团的低分子扩链剂反应生成中等分子量的预聚体,为了降低反应聚合物的粘度,可适当加入溶剂;
    (3)加入中和剂(酸或碱)进行中和;
    (4)在剧烈搅拌下,将预聚体溶液加入水中(含有胺类)或把水(含有胺类)加入中间体中进行乳化:
    (5)必要时,脱溶剂或者加入水稀释,得成品。
    3.3、在织物上进行涂层
    将水性聚氨酯乳液、合成增稠剂和自制水分散型封闭多异氰酸酯交联剂HM按一定质量配成1009涂层浆料,然后在特制涂层模板上用干法直接涂层法将浆料均匀地涂在纯棉织物上,并在一定温度和时间下进行交联焙烘。
    4、课题测试方法及措施
    4.1、固定含量的测定
    4.2、织物涂层量的测定
    4.3、涂层织物耐水压测试
     
    目 录
    1  前 言 1
    1.1  概述 1
    1.2  水性聚氨酯的制备方法及原理 1
    1.2.1  水性聚氨酯的合成步骤 1
    1.3  水性聚氨酯的制备原料 2
    1.3.1  多异氰酸酯 2
    1.3.2  低聚物多元醇 2
    1.3.3  亲水性扩链剂 2
    1.3.4  成盐剂(中和剂) 3
    1.3.5  溶剂 3
    1.3.6  水 3
    1.3.7  乳化剂 3
    1.4  水性聚氨酯在纺织工业中的应用 4
    2  试验部分 5
    2.1  实验材料和仪器 5
    2.2  原材料预处理 6
    2.3  水性聚氨酯的制备 6
    2.3.1  水性聚氨酯乳液的制备 6
    2.3.2  水性聚氨酯膜的制备 6
    2.4  织物上的涂层 6
    2.5  性能测试 7
    2.5.1  固含量的测定 7
    2.5.2  织物上涂层量的测试 7
    2.5.3  涂层织物耐水压测试 7
    3  结果与讨论 8
    3.1  水性聚氨酯合成工艺条件的研究 8
    3.1.1  温度对预聚反应的影响 8
    3.1.2  催化剂对水性聚氨酯乳液性能的影响 8
    3.2   DMPA用量对端羟基水性聚氨酯乳液性能的影响 9
    3.3  扩链剂对分段扩链法水性聚氨酯乳液性能的影响 10
    3.4  水性聚氨酯在织物涂层上的应用 11
    4  结 论 12
    致谢 13
    参考文献 14
     
    参考文献
    [1]邵菊美.水性聚氨酯的合成及其改性研究[D].苏州:苏州大学,2003.
    [2]曹惠庆.水性聚氨酯的制备及性能研究[D].北京:北京化工大学,2005.
    [3]王爱东.单组分常温自交联水性聚氨酯的合成与性能研究[D].  合肥:安徽大学,2005.
    [4]陈伟力,何国山.水性聚氨酯原料的选择[J].广东塑料,2005(3):6-11.
    [5]马访中,吴燕萍,华载文.自交联型防水透湿水性聚氨酯织物涂层剂的研制
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