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水性聚氨酯酸浴凝聚成膜的探究

作　者: 于吉鹏
导　师: 曹永沂
学　校: 南昌大学
专　业: 高分子化学与物理
关键词: 水性聚氨酯酸浴微孔湿法合成革
分类号: TQ323.8
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

水性聚氨酯(WPU)是上世纪50年代研发出来的一种新型聚合物,其特点是软硬度可调范围广、耐磨、耐水解、耐化学品、附着力好、可在较低的温度下固化成膜等。它的主链结构都是氨基甲酸酯(-NH-COO-)链段,水性聚氨酯最大的优势就是以水替代溶剂型聚氨酯中的有机溶剂作为分散介质,因此具有无毒、无污染、不燃、节能、安全等自身特点,同时也有溶剂型聚氨酯易操作、可改性、成膜温度低等特点。随着环保压力的日趋加大,水性聚氨酯代替溶剂型聚氨酯的趋势已成为不争的事实。水性聚氨酯虽然性能优异,但某些领域其应用还处于试验研发阶段,与溶剂型聚氨酯还有一定差距。本课题研究的内容主要是水性聚氨酯在合成革上的应用。目前在聚氨酯合成革方面制备高弹微孔膜只有溶剂型聚氨酯的湿法工艺,虽然也有用水性聚氨酯做成的微孔结构,但多见于机械发泡法,且也尚未大工业化生产。因此水性聚氨酯采用化学方法制的高弹微孔结构就是一个新课题,科研价值和实用价值都很大。本文采用丙酮法,首先制得水性聚氨酯。采用傅里叶红外扫描仪(FT-IR)对WPU进行表征,结果表明产物具有预期的化学结构；热重分析(TGA)对聚合物进行热稳定性表征；凝胶渗透色谱(GPC)对分子量进行分析；并对膜的固含量、模量(kg/cm2)、拉伸率(%)、抗张强度(kg/cm2)进行了测试。结果表明,制得的水性聚氨酯(WPU)有良好的热稳定性和分子量分布,软硬段之间存在着微相分离,膜的机械强度达到了合成革用水性聚氨酯的要求。用制得的WPU按照一定比例加入增稠剂、流平剂、木质粉等助剂,在乙酸酸浴的环境下,破乳成膜。将这种方式制得的膜与WPU自然烘干法做机械强度的对比；与溶剂型PU湿法工艺制备的膜做扫描电子显微镜(SEM)表征对比。结果表明：增稠剂和流平剂有助于酸浴时得到均匀、平整的膜；通过WPU酸浴破乳法、自然烘干法制备的膜进行机械性能比较,发现酸浴破乳法制备的膜足够薄时,能得到透明的膜,其机械性能与自然烘干法相差不大；若酸浴法制备的膜较厚或者添加木质粉,则为不透明的膜,其机械性能与自然烘干法有较大的差异。SEM表征显示WPU酸浴破乳法表面和截面都有很多的微孔结构,其中未加木质粉相对于添加了木质粉的其微孔结构更丰富；但无论哪一种,与溶剂型PU湿法相比较,微孔结构还相差比较明显。

全文目录

摘要  3-5
ABSTRACT  5-10
第1章绪论  10-31
  1.1 引言  10-13
    1.1.1 国外水性聚氨酯的发展历程与现状  10-12
    1.1.2 国内水性聚氨酯的发展历程与现状  12-13
    1.1.3 水性聚氨酯的研究热点  13
  1.2 水性聚氨酯概述  13-24
    1.2.1 水性聚氨酯的性能特点  13-14
    1.2.2 水性聚氨酯制备所用主要原料  14-18
    1.2.3 水性聚氨酯制备原理  18-21
    1.2.4 水性聚氨酯的乳化方法  21-24
    1.2.5 自乳化历程及粒子稳定机制  24
  1.3 水性聚氨酯在合成革上的应用现状及发展趋势  24-29
    1.3.1 水性聚氨酯在合成革行业中应用现状  24-28
    1.3.2 水性聚氨酯在合成革行业中发展趋势  28-29
    1.3.3 合成革用水性聚氨酯更要具有价格优势  29
  1.4 本课题研究的意义与主要内容  29-31
    1.4.1 研究的意义  29-30
    1.4.2 研究的主要内容及创新点  30-31
第2章合成革用水性聚氨酯的制备与表征  31-42
  2.1 试验主要原料、预处理及设备  31-32
  2.2 合成革用水性聚氨酯的制备  32-36
    2.2.1 合成革用水性聚氨酯的主要反应及合成路线  32-33
    2.2.2 合成革用水性聚氨酯的制备工艺  33-34
    2.2.3 配方的计算  34-36
  2.3 革用水性聚氨酯的表征  36-38
    2.3.1 傅里叶红外光谱(FTIR)  36
    2.3.2 热重分析(TGA)  36
    2.3.3 凝胶渗透色谱(GPC)分析  36
    2.3.4 固含量、力学性能、黏度的测试  36-38
  2.4 结果与讨论  38-41
    2.4.1 革用水性聚氨酯(WPU)的外观  38-39
    2.4.2 革用水性聚氨酯(WPU)傅里叶红外光谱(FT-IR)分析  39
    2.4.3 革用水性聚氨酯(WPU)的TG分析  39-40
    2.4.4 革用水性聚氨酯(WPU)凝胶渗透色谱(GPC)分析  40-41
    2.4.5 革用水性聚氨酯固含量、机械强度、黏度等分析  41
  2.5 小结  41-42
第3章水性聚氨酯酸浴破乳凝聚制备与表征  42-58
  3.1 合成革的制备和革用聚氨酯成膜机理  42-46
    3.1.1 聚氨酯成膜机理与合成革的制备工艺  42-44
    3.1.2 水性聚氨酯机械发泡成膜机理  44-45
    3.1.3 水性聚氨酯酸浴破乳凝聚原理  45-46
  3.2 试验药品及设备  46-47
  3.3 水性聚氨酯高弹微孔膜的制备  47-49
    3.3.1 增稠剂的调试  47
    3.3.2 pH值的调试  47
    3.3.3 流平剂的调试  47
    3.3.4 填料的添加  47-48
    3.3.5 WPU自然烘干法、酸浴法制膜和溶剂型PU湿法膜的制备  48-49
    3.3.6 WPU酸浴法、自然烘干法机械强度对比  49
    3.3.7 WPU酸浴法与溶剂型PU湿法SEM表征对比  49
  3.4 结果与讨论  49-57
    3.4.1 增稠剂对成膜性的影响  49-50
    3.4.2 pH值对成膜性的影响  50-51
    3.4.3 流平剂对成膜性的影响  51-53
    3.4.4 填料对成膜性的影响  53
    3.4.5 WPU酸浴法、自然烘干法机械强度对比分析  53-56
    3.4.6 WPU酸浴法与溶剂型聚氨酯湿法SEM分析  56-57
  3.5 小结  57-58
第4章结论与展望  58-60
  4.1 结论  58
  4.2 展望  58-60
致谢  60-61
参考文献  61-67
攻读学位期间的研究成果  67

水性聚氨酯酸浴凝聚成膜的探究

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