葡萄糖改性水性聚氨酯的合成及性能研究

【摘要】聚氨酯指的是在分子主链中含氨基甲酸酯键的一类聚合物的统称,通常情况下出异氰酸酯和多元醇发生加聚反应生成。环境污染程度增加,导致溶剂型聚氨酯发展受阻,工业发展随之出现萎缩现象,因此水性聚氨酯(WaterbornePolyurethane,WPU)应运而生。WPU是指在聚氨酯分子链的主链上或侧链上接入亲水性基团,或者通过外加入乳化剂的方式来实现聚氨酯的水溶性。WPU以水作为分散介质,具有环保无毒、难燃烧等优势,并且通过改变软硬段种类与比例来调节树脂材料的综合性能。因此,WPU能被广泛应用到纺织、建筑、皮革、造纸等领域。相比溶剂型PU,WPU存在硬度低、分子量小等劣势,因此水性聚氨酯的改性研究非常重要,如交联改性、环氧改性、纳米改性等。近几年天然物质以其环保易得、易降解等优势成为改性的热门话题。经过大量前期调研后,本文选用简单易得、价廉的天然质葡萄糖作为改性剂,对水性聚氨酯进行交联改性,主要分为以下四个方面进行研究：1.葡萄糖改性异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)水性聚氨酯研究本章采用自然界广泛存在的葡萄糖(G1c)为交联改性剂,葡萄糖是一种多羟基醛,分子中含五个羟基,且含有六元环状结构,羟基相错分布与六元环上下侧。以异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI),聚氧化丙烯二醇(N-210),一缩二乙二醇(DEG),葡萄糖和二羟甲基丙酸(DMPA)作为基本原料,通过合成工艺探索确定最优实验方案,采用最优实验方案合成一系列不同GLC百分含量的水性聚氨酯。傅里叶变换红外光谱(FTIR)对共聚物组成进行表征,以拉力机、差示扫描量热仪(DSC)和热重分析仪分别对胶膜的力学性能、表面形貌和热性能进行测试。结果表明,通过FTIR测试中羟基谱峰的变化可以证明葡萄糖作为内交联剂引入了聚氨酯分子链中,且乳液稳定性测试表明合成了稳定性良好的乳液;随着葡萄糖加入量的增加,胶膜耐水性得到提高,耐热性能得到改善；由于葡萄糖的交联作用,引起胶膜硬度和力学性能随着Glc添加量的增加显著提高,相对玻璃硬度最高达0.54,拉伸强度最大超过30MPa；当葡萄糖用量1.75%时综合性能良好,且乳液状态良好。2.葡萄糖改性甲苯二异氰酸酯(TDI)型水性聚氨酯研究以葡萄糖(Glc)作为交联改性剂,以甲苯二异氰酸酯(TDI),聚氧化丙烯二醇(N210),一缩二乙二醇(DEG),二羟甲基丙酸(DMPA)作为基本原料,通过合成工艺探索确定最优实验方案,采用最优实验方案合成一系列不同Glc百分含量的水性聚氨酯。FTIR对共聚物组成进行表征,以拉力机、DSC和热重分析仪分别对胶膜的力学性能、表面形貌和热性能进行了测试。结果表明,经工艺探讨后采用最优合成工艺合成一系列水性聚氨酯,各项性能测试和表征表明合成了葡萄糖改性水性聚氨酯,且因葡萄糖的加入引起乳液粒径变小,胶膜耐水性得到改善；该体系改性水性聚氨酯热分解起始温度在220℃左右,软硬段的最大分解速率温度上升；随着葡萄糖加入量增加,胶膜邵氏硬度从64(邵A)增加到了83(邵A)；该体系胶膜耐水性明显低于葡萄糖改性IPDI型水性聚氨酯。3.葡萄糖-磺酸盐双重改性IPDI型水性聚氨酯研究用葡萄糖(Glc)作为交联改性剂,以异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI),聚氧化丙烯二醇(N210),一缩二乙二醇(DEG),二羟甲基丙酸(DMPA)和氨基磺酸钠(A-95)作为基本原料,合成一系列不同Glc百分含量的水性聚氨酯。傅里叶变换红外光谱(FTIR)对共聚物组成进行表征,以拉力机、差示扫描量热仪(DSC)和热重分析仪分别对胶膜的力学性能、表面形貌和热性能进行了测试。结果表明,葡萄糖改性水性聚氨酯已经合成,乳液状态良好,能够长期稳定存在；而且葡萄糖含量增加在一定程度上会改善水性聚氨酯力学性能；葡萄糖加入量增加降低胶膜热分解速率,提高了胶膜耐热性；并且随葡萄糖含量增加,胶膜硬度上升；4.葡萄糖改性水性聚氨酯胶膜的降解性研究分别采用前三章节中的合成工艺制备了一系列葡萄糖改性水性聚氨酯的复合乳液。将样品编号并称重之后,埋在土里自然降解,为期100天。傅里叶变换红外光谱(FTIR)对共聚物组成进行表征,以拉力机、扫描电镜(SEM)和热重分析仪分别对胶膜的力学性能、表面形貌和热性能进行了测试。结果表明,IPDI型水性聚氨酯胶膜易降解,TDI型聚氨酯在自然条件下较难出现降解。葡萄糖改性后的胶膜易降解,且降解程度随着葡萄糖加入量的增加而增大。
【作者】陈朋；
【导师】黄毅萍；
【作者基本信息】安徽大学，化学工程，2014，硕士
【关键词】水性聚氨酯；葡萄糖；改性；硬度；降解；

【参考文献】
[1]徐林清,汪率.要素密集度、议价能力与企业转型压力——基于我国沿海地区问卷数据的研究[J].产经评论,2013,02:69-80.
[2]陈蒲明.IP电话服务质量研究及改进[D].沈阳工业大学,计算机应用技术,2004,硕士.
[3]祝保英.基于半导体制冷技术的番茄DFT营养液温控系统的应用研究[D].中国农业大学,农业生物环境与能源工程,2004,硕士.
[4]赵彪.供电企业市场化运营信息系统的研究[D].华北电力大学（北京）,2003.
[5]罗贵超.政府食品安全监管体系构建研究[D].云南财经大学,公共管理,2014,硕士.
[6]孙婵媛.所得税税式支出的效应分析[D].东北财经大学,财政学,2003,硕士.
[7]康胜红.恶性腹膜间皮瘤20例临床分析[D].华中科技大学,消化内科学,2013,硕士.
[8]翟美荣.演化论视域下的科学实验方法作用探析[D].东北大学,科学技术哲学,2010,硕士.
[9]徐宁.坚持科学发展观构建和谐三峡的对策研究[D].西南大学,马克思主义基本原理,2013,硕士.
[10]马帅兵.高炉焦炭预筛分系统设计与应用[D].东北大学,机械工程,2011,硕士.
[11]张泽英,郭光莹.数据仓库技术在图书馆管理中的应用研究[J].情报科学,2002,05:480-482.
[12]郎欣欣.藏北羌塘玛依岗日地区基性岩墙群的地球化学特征及构造意义[D].中国地质大学（北京）,地质工程,2014,硕士.
[13]刘冰.双色圈圈波纹复合花式纱线新品开发[D].东华大学,纺织工程（专业学位）,2014,硕士.
[14]杨柳.镁合金方盒形件温热拉深成形试验研究[D].燕山大学,材料加工工程,2014,硕士.
[15]王蔚.平安保险公司团体健康保险产品策略研究[D].西安理工大学,工商管理,2004,硕士.
[16]张永飞.金属有机骨架材料及其复合物的制备和性能研究[D].安徽大学,无机化学,2014,硕士.
[17]刘丽辉.唐山方言词尾“儿”的读音研究[D].河北大学,汉语言文字学,2003,硕士.
[18]李林鑫.基于迭代学习的机械手运动控制系统设计[D].浙江工业大学,2013.
[19]甘艳.株洲供电企业服务质量评价体系构建与实证研究[D].湖南工业大学,工商管理,2012,硕士.
[20]徐益超.上海地区高层住宅外墙渗水情况及对策[J].建筑技术.1997(06)
[21]王尚礼.某航空机箱动力学性能仿真技术研究[D].西安电子科技大学,机械电子工程,2012,硕士.
[22]郭晔.苦参碱生物学特性研究[D].中国农业大学,预防兽医学,2004,硕士.
[23]金国魁.母语负迁移对初中生英语写作的影响[D].杭州师范大学,英语（专业学位）,2011,硕士.
[24]梁筱燕.尼罗罗非鱼血清免疫球蛋白单克隆抗体的制备及鉴定[D].西南大学,生物化学与分子生物学,2013,硕士.
[25]彭瑞娟.具有边值退化的加权p(x)-Laplacian发展方程的全局吸引子[D].兰州大学,应用数学,2014,硕士.
[26]蔡鹏.中国进口煤炭运输船队发展规划研究[D].大连海事大学,交通运输工程,2014,硕士.
[27]王帅.论宗教与法律的关系[D].中国社会科学院研究生院,传媒法（专业学位）,2014,硕士.
[28]李苑平.中国计算机行业上市公司并购动因及并购绩效研究[D].中国政法大学,产业经济学,2013,硕士.
[29]王琳琳.废弃采石场植被恢复设计标准与景观研究[D].南京农业大学,风景园林,2012,硕士.
[30]艾德里安A·贝克尔.得克萨斯东部和南部前第三系构造的地震表示[J].石油地球物理勘探,1976,S1:1-2.
[31]王朝玲.两套高中英语教材中语法部分的设计研究[D].北京外国语大学,英语语言文学,2013,硕士.
[32]张子良.蓄电池检测及均衡系统的研究[D].北京交通大学,2009.
[33]张巍巍.美制成超快高敏石墨烯光电探测器[N].科技日报,2012-06-06002.
[34]王天杨,李建勇,程卫东.基于低次故障特征阶比系数的变转速滚动轴承等效转频估计算法[J].机械工程学报,2015,03:121-128.
[35]袁学武.我国洪涝灾害事件卫生应急管理研究[D].南方医科大学,社会医学与卫生事业管理,2012,硕士.
[36]王刚.基于经验模态分解的MRI图像去噪方法研究[D].黑龙江大学,电子与通信工程,2012,硕士.
[37]刘军涛.模拟移动床吸附分离石脑油中正构烷烃工艺及脱附剂回收[D].华东理工大学,化学工艺,2014,硕士.
[38]牛怀成,李利春,李瑛,韩文峰,唐浩东,刘化章.高比表面积氟化镁的合成及其在催化中的应用研究进展[J].化工进展,2012,07:1484-1492.
[39]王宇峰.实习学生人身伤害赔偿案例分析[D].黑龙江大学,法律,2013,硕士.
[40]魏阳竹.甘肃省甘谷县善华寺庙会与俗民生活的研究[D].西北民族大学,民俗学,2012,硕士.
[41]崔继凯.零售业中OLAP和数据挖掘若干算法的研究与实现[D].西安电子科技大学,计算机软件与理论,2004,硕士.
[42]龚雪红.基于信任的物联网感知节点安全成簇机制研究[D].重庆邮电大学,计算机应用技术,2014,硕士.
[43]陈霄.北方城市供水水源藻类高发特征及化学杀藻实验研究[D].西安建筑科技大学,市政工程,2004,硕士.
[44]崔凯.滕固艺术教育思想研究[D].河北大学,艺术学,2014,硕士.
[45]薛雅莺.医药辅料麦芽糊精的工业化生产研究[D].齐鲁工业大学,生物工程,2013,硕士.
[46]李雅卓.基于伏安型两电极体系的新型检测仪器研究[D].浙江大学,2013.
[47]万鑫.我国公共服务供给模式的改革与多元协调机制的建设[D].东北师范大学,政治学理论,2012,硕士.
[48]张翠翠.并苯锂盐Li@n-Acene（n=1，2，3，4）和自组装超分子锂盐CpLi@C_(60)的非线性光学性质的理论研究[D].东北师范大学,2012.
[49]刁文晶.高职院校日语专业跨文化交际能力的培养[D].吉林财经大学,外国语言学及应用语言学,2014,硕士.
[50]黄磊.发达地区新型农村合作医疗制度现状及发展研究[D].华东理工大学,公共管理（专业学位）,2013,硕士.