水性聚氨酯作为一种以水代替有机溶剂作为分散介质的新型聚氨酯体系，不仅弥补了传统的溶剂型聚氨酯固含量低、使用过程中严重污染环境、危害人体健康的缺陷，也避免了由于使用大量有机溶剂而造成的浪费。随着人们对环保认识的不断提高，以及环保法规的日渐严格，不含或只含极少有机溶剂、应用条件较温和的水性聚氨酯越来越受到关注。

目前水性聚氨酯的制备通常使用二羟甲基丙酸（DMPA）作为亲水扩链剂，但DMPA熔点高，在反应温度下很难溶解，通常需加入助溶剂，如 N-甲基吡咯烷酮（NMP）等。由于NMP已被欧美颁布的法规标识为有毒溶剂，使水性聚氨酯有潜在的环境、健康等风险问题。并且因为助溶剂的使用，使水性聚氨酯在食品包装等领域受到限制。无助溶剂的水性聚氨酯研发成为聚氨酯化学的全新发展方向之一。对此，已有一些学者开展了相关研究。K.Otter等使用丙酮代替NMP溶解DMPA，制备水性聚氨酯后将丙酮真空抽除。但是丙酮的沸点远低于NMP，这使得反应的上线温度是丙酮的回流温度，导致反应时间变得更长。叶家灿等用熔点相对较低的二羟甲基丁酸（DMBA）代替DMPA制备无毒溶剂的水性聚氨酯，DMBA在聚醚或聚酯多元醇中溶解温度较低,与聚合物多元醇相对分子质量无关，便于均相反应，并且DMBA制备的聚氨酯反应时间可以缩短，但其缺点是初期模量低，且耐水性下降。Athawale等合成了一种新型的磺酸型亲水单体,并以此替代二羟甲基丙酸(DMPA)合成了聚氨酯乳液，然而这种方法过程复杂，反应时间较长。孙辉等以DMPA和1，4－丁二醇（BDO）为原料，制备了低熔点扩链剂（LMCE），然后采用异佛尔酮二异氰酸酯（IPDI）、聚ε－己内酯二醇（PCL）以及LMCE为原料，制备了不含助溶剂的水性聚氨酯。

通过查阅相关文献，我了解到目前大部分的水性聚氨酯的生产制备过程中仍或多或少的使用有机溶剂，这使得水性聚氨酯对于环境、人体健康仍有着一定影响。而部分绿色水性聚氨酯的合成工艺复杂，制备成本高，急需寻找到经济性高且工艺简单的方法来解决这一问题。因此研制出高质量、无污染的新型环保型的水性聚氨酯已经越来越受到人们的重视，成为发展的新趋势。所以在本次毕业设计的研究和实验过程中，本人将以减少环境污染，节约成本，使用安全，对人体健康无害为原则，设计并合成出符合要求的水性聚氨酯，探索绿色生产的可能性。

为了贯彻生产水性聚氨酯生产过程绿色环保的原则，本课题将以DMPA为起始剂引发己内酯开环聚合，破坏DMPA的结晶结构来制备液化DMPA，从而避免有毒助溶剂在水性聚氨酯生产过程中的使用，减少了反应时间，降低能耗，节省能源，并提高环保性。随后再以制备的液化DMPA合成高强度水性聚氨酯，尝试寻找生产出绿色高质量水性聚氨酯的可能方法。

2. 研究的基本内容与方案

1．查阅相关资料，了解国内外相关研究概况和发展趋势，了解选题与社会、健康、安全、成本以及环境等因素的关系，确定实验方案；

2．利用开环加成原理，以DMPA的活泼基团（-OH）为引发剂，引发己内酯发生开环反应制备液化DMPA。该实验部分将避免助溶剂在合成水性聚氨酯时的使用，从而提升环保性，降低对人体毒性，减少成本；

3．以制得的液化DMPA作为水性聚氨酯的亲水软段组分，合成高强度水性聚氨酯。实验过程中将尽量避免有机溶剂的使用，降低成本，减少对环境和人体健康的影响；

4．对制得的液化DMPA以及合成所得水性聚氨酯材料进行结构表征和相关性能测试；