脂肪烃侧链对磺酸盐改性水性聚氨酯性能的影响.pdf

脂肪烃侧链对磺酸盐改性水性聚氨酯性能的影响赵林贺 洪成宇 苗延奎 任海文 李家伟 周 超(.长春工业大学 教育部合成树脂与特种纤维工程研究中心 吉林长春)(.巴斯夫上海涂料有限公司 上海)摘 要:采用聚己二酸丁二醇酯二醇、异佛尔酮二异氰酸酯、丁二醇、双(羟甲基)丙酸、(氨基乙基)氨基乙磺酸钠为主要原料分别以单硬脂酸甘油酯()和单月桂酸甘油酯()引入脂肪烃侧链合成了 个系列的水性聚氨酯乳液()通过粒径分析、表面张力、红外光谱分析、型剥离强度、剪切强度、拉拔强度、接触角、吸水率等测试探讨了不同脂肪烃侧链 个系列样品中 及 的用量对乳液及胶膜性能的影响 结果表明随着 和 用量的增加 乳液的粒径先增大后降低 胶膜表面张力逐渐增大 型剥离强度、剪切强度和拉拔强度先增大后降低疏水性和耐水性变得优异玻璃化转变温度()向高温移动 研究发现相同添加量下引入 的 的粒径较小疏水性和耐水性较好引入 的 的粘附性能较优两者可以用作水性油墨连接料在油墨行业具有广阔的应用前景关键词:水性聚氨酯脂肪烃侧链粘附性能油墨连接料中图分类号:.文献标识码:文章编号:():./.通信联系人:周超女博士教授博士生导师主要研究方向为水性树脂基金项目:吉林省科技发展计划项目()油墨是由连接料、颜料及其他助剂共聚或共混制得 连接料作为油墨中最关键成分直接影响油墨的印刷效果 目前最为常见的油墨连接料是水性丙烯酸酯和水性聚氨酯()的性能对水性油墨的触变性、粘附性和耐酸碱等性能起着决定性的作用 等通过不同官能度的氨基扩链剂制备了 乳液结果显示氨基与异氰酸根基团形成极性较大的脲键使得乳液与基材的作用力增强提升了粘结性能 等以不同用量的三乙基四胺()合成了 乳液并制备了油墨结果表明 的引入增加了脲键的含量体系中内聚能增大提升了 型剥离强度本研究在磺酸盐改性 的基础上向体系中分别引入单硬脂酸甘油酯()和单月桂酸甘油酯()并改变其用量制备了 个系列乳液实验考察了脂肪烃侧链的用量和种类对 乳液及胶膜性能的影响 实验部分.主要原料聚己 二 酸 丁 二 醇 酯 二 醇()、单硬脂酸甘油酯()、单月桂酸甘油酯()上海麦克林生化科技股份有限公司异佛尔酮 二 异 氰 酸 酯()、二 甲 基 乙 酰 胺()、(氨基乙基)氨基乙磺酸钠()上海阿拉丁生化科技股份有限公司丁二醇()、双(羟甲基)丙酸()上海易恩化学技术有限公司丙酮成都科龙化工有限公司 以上均为分析纯 二月桂酸二丁酯()化学纯天津市福晨化学试剂厂、使用前在 的真空条件下干燥 .脂肪烃侧链改性聚氨酯的合成在 保护下取、或 置于三口烧瓶中 加入 和催化剂 在 反应 生成预聚物 温度降至 后向体系中加入聚氨酯工业 年第 卷 第 期.、和 扩链反应 随后升温至 反应 然后降温至 滴入 反应.根据体系黏度向反应物中添加适量丙酮 取样测定 含量当其接近理论值后将温度降至 加入 中和反应 最后加入去离子水高速搅拌 真空低压除去丙酮制得固含量为的 各样品具体配方见表 表 的主要配方表样品名称原料及用量/.注:配方中均包含 .、.、.胶膜的制备将 乳液缓慢倒入模具中在室温下静放 转移至 烘箱中干燥 后取出待测.分析与测试采用美国 公司的 型红外光谱仪分析红外光谱珀金埃尔默股份有限公司的 型热失重分析仪测试胶膜的热性能 瑞士 公司的 型差示扫描量热仪测试胶膜的玻璃化转变温度()日本岛津公司的 型电子万 能 试 验 机 按 照/和/分别测试 型剥离强度和剪切强度采用济南郎睿检测技术有限公司的 型涂层附着力测试仪测试胶膜的拉拔强度将乳液铺覆于马口铁表面形成涂膜后使用胶黏剂将直径为 的圆形锻模与涂膜牢牢粘住清除圆形锻模周围多余涂膜使用附着力测试仪施加拉力 将涂膜与马口铁分离记附着力为拉力 与圆形锻模面积 的比值承德金和仪器制造有限公司的 型自动表界面张力仪测试乳液的表面张力美国 公司的 型激光粒度分析仪表征乳液粒径分布德国 公司的 型动态接触角测量仪分析胶膜的水接触角根据/测试 .尺寸的胶膜 的吸水率 结果与讨论.红外光谱分析 胶膜的傅里叶红外光谱图见图 图 胶膜的红外光谱由图 可知 处出现 基团的振动吸收峰而 和 处没有出现和 特征峰说明体系中 和 已完全反应并形成了氨基甲酸酯键 与 相比、中 处的吸收峰变化明显说明成功将脂肪烃侧链键接在分子链上.乳液性能对 乳液性能进行分析结果见表 表 乳液的性能样品名称粒径/分散度表面张力/().注:乳液外观均为泛蓝光半透明稳定性均 个月由表 可知随着同种脂肪烃侧链含量的增加所得 乳液的粒径均先增大后降低 这是由于体系中脂肪烃侧链含量增加导致支化程度提升使得乳液的粒径先增大当支化程度达到阈值第 期 赵林贺等脂肪烃侧链对磺酸盐改性水性聚氨酯性能的影响后限制了分子链缠绕交联点相对减少乳液粒径变小 同时发现 乳液具有较大粒径因为 相比于 的分子链链长较短形成的空间位阻效应较低乳化时更易形成较大颗粒.胶膜粘附性能通过 型剥离强度、剪切强度和拉拔强度 种测试表征 胶膜的粘附性能结果见表 表 胶膜的粘附性能样品名称 型剥离强度/()剪切强度/拉拔强度/.由表 可知随着同种脂肪烃侧链含量的增加所得 胶膜的粘附强度先增大后降低 这是因为一方面随着脂肪烃侧链含量增加 分子链支化程度增加分子间作用力增大使得乳液的粘附强度增加另一方面侧链分子中含有酯基结构能够与 中的极性基团、基材表面游离的氢原子作用形成氢键提升粘附强度 但当 和 用量过多时由于支化程度增大使得链段运动受到限制基材表面单位面积内受到的分子间作用力下降胶膜的粘附强度下降 等摩尔添加量时 胶膜的粘附强度高于 这是由于 相比于 的链长较短形成的空间位阻效应相对较低分子链上的极性基团更容易与基材表面接触.疏水性和耐水性胶膜的接触角和吸水率测试结果如表 所示由表 可知随着同种脂肪烃侧链含量的增加胶膜的接触角逐渐增大吸水率逐渐降低 这是由于脂肪烃侧链上含有疏水性的酯基成膜过程中向膜表面迁移使胶膜的表面能降低 对比等摩尔添加量的 和 胶膜 具有更高的接触角和更低的吸水率这是由于 分子链较长疏水性更好且 中的侧链更容易发生分子表 胶膜的接触角和吸水率数据样品名称接触角/()吸水率/.链相互缠绕形成交联结构阻止了水分子的进入.差示扫描量热分析测定的 胶膜玻璃化转变温度()见表 表 胶膜的 数据样品名称/样品名称/.由表 可知随着同种脂肪烃侧链含量的增加胶膜的 向高温移动 这是由于随着极性侧链含量增加分子间作用力增大分子链内旋转受阻柔顺性降低使得胶膜的 升高 对比等摩尔添加量的 和 胶 膜 的 略 高 于这是因为 的侧链长度较长空间位阻效应较大分子链内旋转受阻程度较高.热性能胶膜不同热失重对应热分解温度如表 所示表 胶膜的主要热分解温度数据样品名称温度/聚氨酯工业 第 卷 由表 可知胶膜在 左右开始分解至 左右完全分解 随着同种脂肪烃侧链含量的增加胶膜分解温度提升 这是由于脂肪烃侧链的引入使得分子链的支化程度增大链段运动受到限制分子链刚性增强 随着脂肪烃侧链含量继续增加 用量减少分子链的刚性下降胶膜热性能降低 对比等摩尔添加量的 和 胶膜 的热降解温度相对较高这是由于 的侧链较短体系内聚能较大分子链的刚性较强 结论()随着同种脂肪烃侧链用量的增大乳液的粒径逐渐增大表面张力逐渐增大 胶膜粘附强度先增大后降低 胶膜的疏水性和耐水性变得优异呈升高趋势胶膜热性能得到提升()当脂肪烃侧链等摩尔引入时 样品的粒径较小疏水性和耐水性较好而 样品的粘附性能和热性能比较优异 两者均能满足水性油墨连接料使用要求参 考 文 献 李鑫洪成宇刘华等.用量对交联水性聚氨酯性能的影响研究.聚氨酯工业():.王小芳李昭孙建明.环保水性油墨制备技术与应用现状分析.科学技术与工程():.孙若楠张晶书洪成宇等.交联网络的构建及其对 性能的影响.聚氨酯工业():.肖雄龚河兵陈啸.聚酯聚氨酯改性水性环氧油墨连接料的制备.热固性树脂():.蒋文佳何倩莹.水性聚氨酯在 薄膜上附着力影响因素的探究.聚氨酯工业():.():.():.收稿日期 修回日期 (.)(.):()()()()().:作者简介 赵林贺 男 年出生硕士研究生主要从事水性聚氨酯乳液改性的研究第 期 赵林贺等脂肪烃侧链对磺酸盐改性水性聚氨酯性能的影响