超支化水性聚氨酯的合成与性能研究二等奖 - 超支化水性聚氨酯的合成与

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1、超支化水性聚氨酯的合成与性能研究作者：陈新亮许奕祥（五邑大学化学工程与工艺专业广东江门529020）指导老师：孙宁副教授摘要：超支化聚合物是一种具有低粘度、多反应活性官能团的材料，适合作为反应性树脂，特别是水性聚氨酯树脂及其它树脂的改性。由于其粘度小，末端官能团多，可通过物理共混或化学聚合改善某些树脂的性能，以获得更优越的膜性能。所以发展超支化的水性聚氨酯也是水性聚氨酯的发展方向之一。本文合成了超支化水性聚氨酯，对产品进行了溶解性，分子量和支化度的测试，研究了产品的涂膜方面性能。关键词：超支化水性聚氨酯AB2单体1.1关于水性聚氨酯涂料目前在众多领域使用的涂料，含有大量对人体有毒有害的有机溶

2、剂，在使用过程中对环境造成污染。近十多年来，随着人们的环保意识不断的增强，特别是各国制订的环保法规，对涂料体系中挥发性有机化合物（VOC）含量的严格控制，促进了以水性涂料为代表的低污染型涂料的发展。单组分水性聚氨酯涂料是应用最早的水性聚氨酯涂料，它是以水性聚氨酯树脂为基料并以水为分散介质的一类涂料，具有很高的断裂延伸率（可达800%）和适当的强度（20MPa）,能常温下干燥。但由于高分子量聚合物不能形成良好而稳定的水分散体，所以传统的单组分水性聚氨酯涂料通常具有较低的分子量，且分子链上不含交联基团，形成涂膜的过程属物理干燥。所以单组分水性聚氨酯涂料的耐溶剂性和耐化学性不好，硬度、表面光泽度以

3、及鲜艳性都低。为了改善其以上不良的性能，可通过引入反应性基团进行交联，得到各种固化方式的水性聚氨酯涂料树脂[1]。1.2超支化聚合物超支化的概念最初由Flory在1952年提出的，只要单体是ABX(X≥2)型的，A、B均为有反应活性的官能团，就能产生超支化结构。[2]在这种结构中，链增长发生在两种不同的官能团之间，而无需另加保护步骤[3]。高度支化聚合物可分为两类:树枝状大分子(Dendrimer)[4]和超支化聚合物(HyperbranchedPolymer)[5]。树枝状大分子由多官能团的核和ABX（X≥2，A、B均为有反应活性的官能团）单体聚合而成，每一层称为一代反应。严格来说，树枝状

4、大分子是具有严格的几何对称的，在几次反应之后有可能形成一种类似球形的外观。树枝状大分子具有“完美”支化的规整结构，每一个重复单元中至少含有一个支化点，分子量分布均匀，整个分子中只有支化结构和终端基团，不存在线性结构，如图1-1所示。在每一步反应时，树枝状大分子均需要特别的保护措施。如果对每一步反应不加控制，则会得到多分散性的超支化聚合物。超支化聚合物没有树枝大分子那样严格的几何外形，分子中存在线性结构、支化结构和终端基团，分子量分布较宽，整个分子并不完全对称，如图1-2所示。通过上面的比较，可以知道超支化聚合物是一种没有严格几何外形的高度支化的聚合物。Figure1-1DendrimerFi

5、gure1-2HyperbranchedPolymer图1-1树枝状大分子图1-2超支化聚合物1.3超支化聚合物的特性在高分子材料应用中,我们大部分以线形聚合物为主要材料。线形聚合物在其柔软性等方面表现出极其优异的性能，但是线形聚合物在高分子量时所具有的高粘度，使得它无法应用在一些要求低粘度和优异的材料性能的领域。由于这些方面的不足，超支化聚合物与其相比，就显得更有特色，主要表现为：（1）良好的流动性。超支化聚合物的分子结构与传统意义上的线形聚合物的无规线团结构不同，其分子结构较紧密，在空间具有三维立体结构，表现出牛顿流体行为，从而在聚合物材料的流变学改性剂方面具有潜在的应用价值。（2）低粘

6、度。与相近的线形聚合物相比，超支化聚合物在相同的浓度下的粘度要低得多。流体的粘度来源于分子间的内摩擦。由于超支化高分子的分子尺寸较小，且有大量的短支链存在，以及分子链本身及分子之间无缠绕，甚至形成圆球形状，使得分子间的相互作用小，因而有较低的粘度。（3）容易成膜。超支化聚合物具有良好的流动性，容易成膜，也可方便地制备自组装单分子膜，但由于它的高度支化结构，所得到的膜具有较高的脆性，若要获得实际应用，则需要与线形高分子共混。（4）多功能性。超支化聚合物的多功能性源于其表面有大量的官能团存在，通过端基官能团的改性可以赋予其各种各样的功能。（5）结晶性能。由于超支化高分子的高度支化结构，通常是无定

7、形的，不结晶。（6）良好的溶解性。超支化高分子在溶剂中的溶解性大于线形高分子，主要是高度支化结构的引入，可以提供更多的开放的、易于接近的孔穴。（7）异构化。超支化高分子上每个单体的加入点都是随机的，因此即使指定了分子量和支化度，也是会有大量的异构体出现。而且，异构体的数目随单体的复杂程度和高分子的分子量的增大而增大。[6]1.4超支化聚合物的应用超支化聚合物的应用与其分子结构紧密相关。独特的分子内部的纳米微孔