基于PEO-b-PDMS-b-PEO與FPEO-b-PDMS-b-FPEO的水性聚氨酯合成、表征及性能研究.pdf

1、水性聚氨酯(PUD)材料既具有良好的綜合性能，又具有不污染、運輸安全等特點，因此越來越受到人們的重視，是一新興卻蓬勃發(fā)展的領域。但是水性聚氨酯中含有親水鏈段，使得聚氨酯乳液膠膜的耐水性、耐化學品性以及表面性能受到很大影響，為了拓展其應用，需要進一步改善其性能。而聚硅氧烷具有良好的耐水性，耐化學品性，硅改性水性聚氨酯(Si-PUD)結合了兩者的優(yōu)點，越來越得到人們的關注。本論文設計合成一種新型含硅聚氨酯中間體，聚醚嵌段的聚硅氧烷二元醇(P

2、EO-b-PDMS-b-PEO)，聚硅氧烷的分子量可以根據(jù)需要方便的調控。和傳統(tǒng)聚硅氧烷二醇相比，PEO-b-PDMS-b-PEO具有較好的貯存穩(wěn)定性、反應活性。以不同分子量PEO-b-PDMS-b-PEO為軟段合成了一系列水性聚氨酯(P-PUD)，并對其結構進行了表征，對其性能進行了研究，發(fā)現(xiàn)硅氧烷在聚合物表面的富集并不完全?？紤]到Si-PUD中聚硅氧烷在聚合物表面的富集不充分性以及Si-PUD在耐化學品性能上的不足，我們通過自由基加

3、成反應首次合成了氟化的PEO-b-PDMS-b-PEO(FPEO-b-PDMS-b-FPEO)，該聚氨酯中間體依然具有良好的反應活性。將FPEO-b-PDMS-b-FPEO引入水性聚氨酯中，合成了氟化聚硅氧烷改性的水性聚氨酯(F-Si-PUD)，并對這種FPU的本體和表面結構進行了鑒定和分析，同時初步探討了F-Si-PUD結構和性能之間的關系。 1.首先采用酸催化平衡反應合成一種雙氫封端的聚硅氧烷低聚物(HPDMS)，然后通過H

4、PDMS與單烯丙基封端的聚醚的硅氫化反應合成了一種聚醚嵌段聚硅氧烷二元醇，單丙基聚醚-b-聚二甲基硅氧烷-b-單丙基聚醚(PEO-b-PDMS-b-PEO)。通過IR、NMR等分析手段對其結構和組成進行了鑒定和表征，并考察了各種反應條件對硅氫化反應的的影響。進一步研究發(fā)現(xiàn)，PEO-b-PDMS-b-PEO很高的穩(wěn)定性，其原因主要是PEO-b-PDMS-b-PEO中羥基與硅氧鍵間隔較遠，成環(huán)反應很難發(fā)生，產(chǎn)品非常穩(wěn)定；相對于傳統(tǒng)聚硅氧烷二

5、元醇，PEO-b-PDMS-b-PEO具有很高的反應活性主要原因是聚醚嵌段的引入增加了聚硅氧烷二元醇與極性反應物的相溶性。 2.以不同分子量PEO-b-PDMS-b-PEO為軟段，成功制備出一系列硅改性水性聚氨酯(P-PUD)。比較了傳統(tǒng)Si-PUD與以PEO-b-PDMS-b-PEO為軟段的P-PUD，發(fā)現(xiàn)P-PUD的合成可以在無溶劑條件下迅速完成預聚。對P-PUD接觸角的研究發(fā)現(xiàn)，聚合物膜表面接觸角隨著溫度的上升而增加，表明

6、硅氧烷在聚氨酯表面的富集不充分，其原因主要是聚合物分子間相互作用與硅氧烷向聚合物表面的富集是一個競爭過程。同時發(fā)現(xiàn)P-PUD比傳統(tǒng)Si-PUD具有更高的機械性能，熱性能研究表明，聚醚鏈的引入對P-PUD的影響很小。 3.在PEO-b-PDMS-b-PEO的基礎上，在自由基引發(fā)劑過氧化特戊酸叔丁酯(tert-butyl peroxypivalate，TBPV)存在下通過自由基加成反應，將六氟丙烯(HFP)接枝至PEO-b-PDMS

7、-b-PEO中的聚醚嵌段上，從而合成了一種全新的硅氧烷二元醇：氟化聚醚嵌段的聚硅氧烷二元醇(FPEO-b-PDMS-b-FPEO)，并通過IR、NMR、GPC等分析手段對其結構進行了表征與鑒定，同時并對各種反應條件對反應的的影響進行了研究，確定了最佳反應條件。 4.以合成的PEO-b-PDMS-b-PEO為軟段，合成了氟硅聚氨酯乳液(F-Si-PUD)，對聚氨酯膜的性能進行初步研究與性能，并著重探討F-Si-PUD表面結構與性能

8、。通過FTIR與XPS分析了F-Si-PUD中氫鍵結構與聚合物表面結構，發(fā)現(xiàn)：氟元素的引入提高了F-Si-PUD軟硬段的相互聯(lián)系程度，其方式是通過硬段中的N-H鍵與軟段中的氟元素之間形成氫鍵；氟元素與硅元素同時在聚合物的表面富集，氟元素的引入提高了硅元素的表面富集度。進一步對F-Si-PUD的耐化學性能與力學性能研究證明，正是由于氟元素的引入，使得F-Si-PUD成為一種具有高強度和韌性的材料，耐化學性分析發(fā)現(xiàn)由于氟元素的表面富集與硅氧