摘 要

根据目前水性聚氨酯发展现状，结合阳离子型水性聚氨酯在分子结构上的特点，同时利用可再生的生物质原料进行改性，合成一种生产合成安全、综合性能优异的生物质改性阳离子型水性聚氨酯。

本研究采用聚己二酸-1，4-丁二酸酯二醇、蓖麻油、异佛尔酮二异氰酸酯、N-甲基二乙醇胺和乙酸为原料，利用预聚体法制备蓖麻油基阳离子型水性聚氨酯乳液，通过红外光谱、乳液粒径、Zeta电位、电导率、贮存稳定性以及胶膜力学性能、耐水性等测试来探究蓖麻油含量、N-甲基二乙醇胺含量和R值（n_-NCO/n_-OH）的改变对蓖麻油基阳离子型水性聚氨酯乳液及胶膜综合性能的影响。结果表明：随着蓖麻油含量增加，乳液粒径先减小后增加，乳胶膜拉伸强度先增大后减小；随着MDEA含量增加，乳液粒径先减小后增加，胶膜拉伸强度增大；随着R值的增加，乳液粒径增大，乳胶膜拉伸强度下降。

关键词：水性聚氨酯；蓖麻油；N-甲基二乙醇胺

Abstract

According to the present situation of waterborne polyurethane, combined with the characteristics of cationic waterborne polyurethane in the molecular structure, while the use of renewable biomass materials for modification, synthesis of a synthesis of synthetic safety, comprehensive performance of the biomass modified cationic waterborne polyurethane
In this study, castor oil-based cationic water was prepared by solution method using poly-adipic acid-1,4-succinate diol, castor oil, isophorone diisocyanate, N-methyldiethanolamine and acetic acid as raw materials Polyurethane emulsion, the content of castor oil, The contents of castor oil, the content of N-methyldiethanolamine and the change of R value were investigated by means of infrared spectrum, emulsion particle size, Zeta potential, conductivity, storage stability and mechanical properties of film, water resistance. Type waterborne polyurethane emulsion and film. The results showed that with the increase of the content of castor oil, the particle size decreased first and then increased, and the tensile strength of latex membrane increased first and then decreased. With the increase of MDEA content, the particle size decreased first and then increased. And the tensile strength of latex film decreases with the increase of R value.

Key words: Waterborne Polyurethane; Castor Oil; N-Methyldiethanolamine

目录

第1章 绪论 1

1.1 引言 1

1.2 水性聚氨酯概况 1

1.2.1 水性聚氨酯的研究进展 1

1.2.2 水性聚氨酯的分类 2

1.3 阳离子型水性聚氨酯 2

1.3.1 阳离子型水性聚氨酯的定义 2

1.3.2 阳离子型水性聚氨酯的发展 2

1.4 阳离子型水性聚氨酯的合成 3

1.4.1 合成机理 3

1.4.2 合成方法 3

1.5 蓖麻油改性水性聚氨酯 4

1.6 研究意义及内容 5

第2章 蓖麻油基阳离子型水性聚氨酯的合成及表征 7

2.1 引言 7

2.2 实验材料及仪器 7

2.3 蓖麻油基阳离子型水性聚氨酯乳液的合成 8

2.3.1 配方设计思路 8

2.3.2 原料的预处理 9

2.3.3 预聚物的合成 9

2.3.4 预聚物的乳化工艺 9

2.5 蓖麻油基阳离子型水性聚氨酯乳胶膜的制备 9

2.6 蓖麻油基阳离子型水性聚氨酯的测试及表征 10

2.6.1 反应体系中剩余-NCO含量的测定 10

2.6.2 傅里叶红外光谱分析（FT-IR） 10

2.6.3 乳液固含量测定 10

2.6.4 乳液贮存稳定性测试 10

2.6.5 乳液粒径和Zeta电位测试 11

2.6.6 胶膜力学性能测试 11

2.6.7 胶膜吸水率测试 11

第3章 阳离子型水性聚氨酯测试表征的结果与分析 12

3.1 FT-IR分析 12

3.1.1 反应原料的FT-IR分析 12

3.1.2 阳离子型水性聚氨酯乳胶膜的FT-IR分析 13

3.2 CO含量对阳离子型聚氨酯乳液及胶膜性能的影响 13

3.2.1 CO含量对WPU乳液性能的影响 14

3.2.2 CO含量对胶膜力学性能的影响 15

3.2.3 CO含量对胶膜吸水率的影响 16

3.3 MDEA含量对阳离子型聚氨酯乳液及胶膜性能的影响 17

3.3.1 MDEA含量对WPU乳液性能影响 17

3.3.2 MDEA含量对胶膜力学性能的影响 18

3.3.3 MDEA含量对胶膜吸水率的影响 19

3.4 R值对阳离子型聚氨酯乳液及胶膜性能的影响 20

3.4.1 R值对WPU乳液性能的影响 20

3.4.2 R值对胶膜力学性能的影响 21

4.3.3 R值对胶膜吸水率的影响 22

第4章 结论与展望 23

4.1 实验结论 23

4.2 蓖麻油基阳离子型水性聚氨酯的展望 23

参考文献 24

致 谢 26

第1章 绪论

1.1 引言

聚氨酯（英文名称为polyurethane，PU），全称聚氨基甲酸酯，大部分是由多异氰酸酯或其加成物与多羟基聚合物通过加聚反应合成，这种高分子聚合物的分子主链上通常含有大量重复的氨基甲酸酯链段（－NHCOO－）。1937年，德国化学家Otto Bayer首次成功制备出聚氨酯材料。在此之后，研究人员发现聚氨酯材料具有高粘接强度和剥离强度、耐冲击、耐低温、耐油和耐磨性等诸多优异性能，因此对聚氨酯材料的合成技术发展进行了深入的研究，而后的近八十年时间里，聚氨酯材料的合成技术大大提高，其性能也变得越来越卓越。目前聚氨酯已经逐渐成为世界上发展最快的高分子合成树脂材料之一。

进入90年代，社会经济产生了迅速发展，科学技术也得到了巨大进步，聚氨酯材料的应用因此变得越来越广泛。但与此同时，传统溶剂型聚氨酯中大量存在的有机溶剂对环境的影响也越来越严重。随着社会环保法规的建立与完善，相较于传统的溶剂型聚氨酯，以水作为聚氨酯预聚体分散介质的环境友好型水性聚氨酯材料的合成技术开发日益受到重视。水性聚氨酯仅含有极少量甚至于不含对人体及环境有害的挥发性有机化合物，具有绿色性、无刺激性、不燃性、生产运输安全性等诸多优点。随着水性聚氨酯材料合成技术的不断进步和生产工艺的日趋成熟，其应用领域也变得越来越广泛，目前主要集中在皮革、织物整理、涂料、胶粘剂等领域，并逐步取代溶剂型聚氨酯。这在一定程度上也代表着涂料、胶粘剂等领域的发展方向。

1.2 水性聚氨酯概况

1.2.1 水性聚氨酯的研究进展

1943年，德国化学家P.Schlack首次合成水性聚脲分散体，开创了水性聚氨酯材料的发展先河；到了1953年，DuPont公司的Wyandotte通过改进合成工艺对水性聚氨酯的综合性能进行了改善，并使水性聚氨酯材料实用化变成了可能；在之后的1967年，水性聚氨酯在美国首次实行工业化生产，并迅速推向全世界。如今，欧美等国家已经具备相当的水性聚氨酯材料生产规模。

20世纪70年代，Stahl公司通过阳离子型水性聚氨酯涂饰剂打开了中国市场，揭开了我国水性聚氨酯材料的研究序幕。到了20世纪90年代，我国水性聚氨酯的产业结构逐渐完善，研究方向以及应用领域也随之拓宽。

1.2.2 水性聚氨酯的分类

目前水性聚氨酯分类方法较为复杂，根据标准的不同，水性聚氨酯存在着多种形式的分类：