有机氟、硅改性水性聚氨酯的合成及其性能研究

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1、分类号：TQ630.1单位代码：10190研究生学号：201506038密级：公开硕士学位论文张杨2018年6月有机氟、硅改性水性聚氨酯的合成及其性能研究SynthesisandPropertiesofWaterbornePolyurethanemodifiedbyPerfluoropolyetherandPolydimethylsiloxane硕士研究生：张杨导师：周超教授申请学位：理学硕士学科：高分子化学与物理所在单位：化学工程学院答辩日期：2018年6月授予学位单位：长春工业大学长春工业大学硕士学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的硕士学位论文《有机氟、硅改性水性聚氨酯的合成及其性能研

2、究》，是本人在指导教师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者签名：日期:长春工业大学硕士学位论文版权使用授权书本学位论文作者及指导教师完全了解“长春工业大学研究生学位论文版权使用规定”，同意长春工业大学保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权长春工业大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，也可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编学

3、位论文。保密的论文在解密后遵守此规定。作者签名：日期:摘要摘要在过去的几十年中，传统型聚氨酯（PU）由于具有优异的粘附性、硬度、柔韧性、耐化学性和耐候性，在涂料、胶粘剂、弹性体、包装材料和汽车用漆等方面应用广泛，被称为最通用的聚合物材料。但传统型聚氨酯产品在合成过程中，通常加入大量的有机溶剂，甚至在施工的产品中含有游离的带有异氰酸酯的单体。施工过程中，大量有机溶剂的挥发，对环境及人体有着较大的危害。由于严格的环境立法和人们环保意识的增强，水性聚氨酯（WPU）凭借低量挥发性有机化合物（VOC）甚至零溶剂而备受关注。由于主链中亲水性羧酸酯基团的存在，使水性聚氨酯胶膜具有较高的亲水性，导致胶膜的力学

4、性能、耐水性能和耐溶剂性能差。本论文目的为克服这些缺点，以水性聚氨酯防水涂料为基础配方，以聚四氢呋喃醚二醇和异佛尔酮二异氰酸酯为原料，采用预聚体法，得到异氰酸酯封端的预聚体，然后将全氟聚醚油(E10-H)和/或聚二甲基硅氧烷(PDMS)作为软段引入合成体系，通过改变E10-H和PDMS的含量、改变PDMS的相对分子质量和乳液的成膜温度合成一系列的改性水性聚氨酯乳液。实验采用傅里叶变换红外光谱(FTIR)对材料的结构变化进行了表征，结果证实E10-H和PDMS已成功地结合到聚氨酯的链中。用X射线光电子能谱(XPS)、静态接触角(CA)和吸水率等测试方法对合成的聚氨酯的表面性质进行了表征。由于有机

5、氟、硅具有低表面能的特性，使氟、硅元素在胶膜与空气界面的显著富集，导致胶膜接触角的增加、表面自由能的降低、吸水率的减小，证实了有机氟、硅向胶膜表面的迁移，且随着乳液成膜温度的升高，迁移能力明显增强。然而，XPS数据表明，当E10-H和PDMS同时被引入到聚合物分子主链中时，它们的迁移能力受到了互相的抑制。将E10-H或PDMS引入骨架中，可显著改善聚氨酯的力学性能。在聚氨酯分子链中同时引入E10-H和PDMS时，聚氨酯胶膜的拉伸强度达到最高(27MPa)。此外，我们还探究了PDMS的分子量和乳液的成膜温度对力学性能的影响，结果表明随着PDMS分子量的增加，拉伸强度降低，并且随着成膜温度的增加，

6、拉伸强度明显提高。当成膜温度为60°C时，拉伸强度提高到40.69MPa。采用扫描电子显微镜观察了聚氨酯胶膜脆性断裂后的截面形貌，观察到未改性的水性聚氨酯胶膜的具有光滑的断面，而随着E10-H和PDMS引入到聚氨酯分子链中，由于氟、硅基团的迁移性和与聚氨酯基质不相容性所导致出现了不同程度的相分离。关键词：水性聚氨酯聚二甲基硅氧烷全氟聚醚油迁移能力力学性能IAbstractAbstractDuringthepastfewdecades,polyurethanes(PUs)areamongthemostversatilepolymericmaterialswhichofferawiderangeo

7、fapplications,suchascoatings,binders,adhesives,elastomers,packagingmaterialsandforautomotivefinishes.However,conventional(PUs)productsusuallycontainasignificantamountoforganicsolventsandsometimesevenf