纯水性聚氨酯纳米乳液及其低表面能薄膜的制备与研究

来源 :上海应用技术大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:GaryCong
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水性聚氨酯乳液(WPUs)因其优良的环保性而在新材料领域具有巨大的发展潜力。然而,采用现有合成工艺得到的水性聚氨酯树脂,普遍存在粒径大、分布宽,在使用过程中必须外加溶剂从而带来的有机物残留等问题。由水性聚氨酯制备的薄膜材料,具有无污染、安全可靠、易于改性等的优点,但同时存在耐水性、耐热性以及机械强度差等缺点,限制其在医用植入物、食用材料的外包装和自清洁材料等低表面能方面的应用。基于此,本文以异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、聚己二酸-1,4-丁二醇酯二醇(PBA)、2,2-二羟甲基丙酸(DMPA)为原料,以低粘度的二乙二醇单乙烯基醚为封端剂、以低表面能含氟聚醚多元醇为软段,采用内乳化法合成纯水性聚氨酯纳米乳液。将所制备的乳液倒入聚四氟乙烯模具中进行干燥得到薄膜。(1)以IPDI、PBA和DMPA为原料,采用内乳化工艺制备出不同r值(n NCO/n OH)的纯水性聚氨酯纳米乳液。结果表明,当r=1.2时,所得水性聚氨酯纳米乳液粒径为46nm、分散指数(PDI)为0.048,在室温下保存120天后,未发现明显的团聚现象。(2)将二乙二醇单乙烯基醚(EO2)作为封端剂对r值为1.2的水性聚氨酯预聚体进行封端,再将得到的水性聚氨酯纳米乳液倒入四氟乙烯模具中干燥成膜。结果表明,封端率为100%时,乳液粒径为50.9 nm,PDI为0.095。其薄膜相对于纯水性聚氨酯薄膜,水接触角从84.02°增大到92.29°,表面能从40.2 m J/m2降低到17.81 m J/m2,热分解温度从341.9℃升高到442℃。(3)为了进一步获得更低表面能的水性薄膜,又将氟化聚醚多元醇(Fluorolink E10H)取代部分PBA,采用同样的合成方法制备出双键封端的水性含氟聚氨酯(WFPUEs)乳液,再将乳液倒入聚四氟乙烯模具中干燥成膜。结果表明,在FE10H引入量为5wt%时,乳液粒径为77.9 nm,PDI为0.153。其薄膜的热分解温度为474℃,水接触角为132.7°,表面能为9.25 m J/m2,吸水率为6.3%,拉伸强度和断裂伸长率分别为,42.5 MPa和939%,充分表明有机氟改性的双键封端水性聚氨酯具有优异的耐热性、超疏水性和力学等综合性能。
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