聚氨酯液體擴鏈劑
以聚四氫呋喃均聚醚(PTMG)和甲苯二異氰酸酯(TDI-100)為原料合成聚氨酯預聚體,再分別與聚氨酯液體擴鏈劑、E300和二者混合物反應制備聚氨酯(PU)彈性體。
研究了聚氨酯液體擴鏈劑含量、預聚體NCO基含量、擴鏈系數、聚醚軟段相對分子質(zhì)量對彈性體力學(xué)性能的影響。結果表明,提高聚氨酯液體擴鏈劑含量,膠液流動(dòng)時(shí)間延長(cháng),PU彈性體的力學(xué)性能變化不大;預聚體NCO基質(zhì)量分數增加,彈性體的硬度、300%定伸應力、拉伸強度和撕裂強度明顯提高,拉斷伸長(cháng)率下降;當聚氨酯液體擴鏈劑擴鏈系數增加時(shí),彈性體的拉伸強度、300%定伸應力和拉斷伸長(cháng)率均明顯提高,但當擴鏈系數1時(shí),上述各項性能指標迅速降低;隨著(zhù)軟段相對分子質(zhì)量的增加,彈性體的硬度、300%定伸應力、拉伸強度和撕裂強度均下降,拉斷伸長(cháng)率和沖擊彈性增加。
聚氨酯是一種嵌段高分子聚合物。水性聚氨酯(WPU)是通過(guò)引入親水基團,以水為分散介質(zhì)的一類(lèi)環(huán)保聚氨酯材料。由于其良好的力學(xué)性能和成膜性能,廣泛應用于建筑、家具、皮革、紡織等行業(yè)。20世紀70年代,開(kāi)始使用高效親水擴鏈劑二羥甲基丙酸(dmpa)大大促進(jìn)了WPU的發(fā)展。
前人對WPU的制備工藝,包括軟段和硬段的比例、擴鏈劑的種類(lèi)、制備工藝條件等因素和WPU與其它材料復合等方面做了較為深入的研究。WPU中的親水基團對其有著(zhù)重要影響,親水基團含量太高,材料的耐水性不佳;親水基團含量太低,乳液粒徑變粗,貯存穩定性下降。在相同親水基團含量下,親水基團在硬段中的分布會(huì )影響到硬段的規整性,進(jìn)而對材料的性能產(chǎn)生影響。本研究選用了擴鏈劑1,4-丁二醇(BDO)和dmpa,采用分步擴鏈法和一步擴鏈法制備WPU,考察擴鏈方式對材料結構與性能的影響。
產(chǎn)品名稱(chēng):4,4'-亞甲基雙(2,6-二乙基苯胺),固化劑擴鏈劑MDEA
分子式:C21H30N2
分子量:310.49
CAS: 13680-35-8
4,4'-亞甲基雙(2,6-二乙基苯胺),固化劑擴鏈劑MDEA是優(yōu)秀的聚氨酯(PU)擴鏈劑和環(huán)氧樹(shù)脂(EP)固化劑。能改善制品的機械和動(dòng)力學(xué)性能。此外也可以作為聚酰亞胺的先導化合物和有機合成的中間體。在PU領(lǐng)域M-CDEA適用于澆鑄型彈性體(CPU)、RIM彈性體和噴涂聚脲、膠粘劑、彈性體泡沫和熱塑性聚氨酯(TPU)。EP領(lǐng)域適用于加工、預浸料坯和化工防腐涂料。也可用作有機合成的中間體及聚脲樹(shù)脂固化劑。
WPU乳液的制備。分步擴鏈法(Ⅰ):將4molIPDI和1molPTMG加入帶有回流冷凝管、攪拌器和溫度計的三口燒瓶中,加入總質(zhì)量分數1‰的DBTDL,攪拌均勻后于90℃反應3~4h至NCO質(zhì)量分數達到理論值13。34%,然后加入2moldmpa,在75℃反應2h左右至NCO質(zhì)量分數達到3。89%,后再加入6molIPDI和6molBDO70℃反應4h左右至NCO質(zhì)量分數達到理論值2。08%(擴鏈過(guò)程中粘度會(huì )上升,加適量丙酮降粘),降溫至40℃,將預聚體高速攪拌下分散于含有2molTEA的去離子水中,以水為分散劑,乳化1h,抽去丙酮得到固體質(zhì)量分數為35%的WPU乳液。
分步擴鏈法(Ⅱ):將8molIPDI和1molPTMG加入帶有回流冷凝管、攪拌器和溫度計的三口燒瓶中,加入1‰的DBTDL,攪拌均勻后于90℃反應3~4h至NCO質(zhì)量分數達到理論值21。16%,然后加入6molBDO70℃反應3h左右至NCO質(zhì)量分數達到2。53%后, 再加入2molIPDI和2moldmpa70℃反應4h左右至NCO質(zhì)量分數達到2.08%(擴鏈過(guò)程中粘度會(huì )上升,加適量丙酮降粘),降溫至40℃,將預聚體高速攪拌下分散于含有2molTEA的去離子水中,以水為分散劑,乳化1h,抽去丙酮得到固體質(zhì)量分數為35%的WPU乳液。
一步擴鏈法(Ⅲ):將10molIPDI和1molPT-MG加入帶有回流冷凝管、攪拌器和溫度計的三口燒瓶中,加入1‰的DBTDL,攪拌均勻后于90℃反 應3~4h至NCO質(zhì)量分數達到理論值,然后加入6molBDO和2moldmpa70℃反應5h左右至NCO質(zhì)量分數達到理論值(擴鏈過(guò)程中粘度會(huì )上升,加適量丙酮降粘)降溫至40℃,將預聚體高速攪拌下分散于含有2molTEA的去離子水中,以水為分散劑,乳化1h,抽去丙酮得到固體質(zhì)量分數為35%的WPU乳液。 以下分析表征中,Ⅰ代表分步擴鏈法(Ⅰ)的產(chǎn)物;Ⅱ代表分步擴鏈法(Ⅱ)的產(chǎn)物;Ⅲ代表一步擴鏈法(Ⅲ)的產(chǎn)物。
3種產(chǎn)物的紅外譜圖基本一致,cm-1處PTMG的—OH基吸收峰和2267cm-1處IPDI的—NCO基吸收峰已經(jīng)消失, 3300cm-1左右和1534cm-1 處的吸收峰分別為為氨基甲酸酯 中—NH—的伸縮振動(dòng)峰和彎曲振動(dòng)峰, 1704cm-1處為氨基甲酸酯中CO的伸縮振動(dòng)峰, 1042cm-1為PTMG的C—O—C的伸縮振動(dòng)峰,表明生成了聚醚型聚氨酯產(chǎn)物。
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