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水性聚氨酯乳液的合成和应用
集萃印花网  2009-11-06 00:00:00

    【集萃网观察】一.前言

    聚氨酯(PU)涂层胶有很多优点。如涂层薄、弹性好、粘着性好、不发粘、手感柔软、强度大、耐磨性好、防水性好,还可形成很薄的微孔性膜,具有透湿、透气性。

    美国、英国、日本等使用的聚氨酯涂层胶有溶剂型和水系两大类。从国外资料看[1],1983年用于涂层方面的聚氨酯80%是溶剂型的。我国目前生产的聚氨酯涂层胶几乎都是溶剂型的,对于水性聚氨酯乳液,尤其作为纺织物防水、透气涂层用的聚氨酯乳液的研究不多,其乳液的化学性质和合成方法的技术资料很少公开报道。鉴于进口水溶性聚氨酯在织物涂层方面所显示的优良性能,开发这种新型涂层剂势在必行。

    国外制备聚氨酯乳液的方法有;外乳化法、自乳化法二种。自乳化法的优点是分散不需强剪切搅拌;有较好的颗粒均匀度;比较好的分散稳定性,水被蒸发后膜对水的敏感性下降。制备自乳化水性聚氨酯乳液是在大分子上引入亲水基团。引入方法是加一种比较特殊的物质,这种物质分子结构中含有离子基团或离子基团母体或其它亲水基团。这些特殊物质被称为亲水单体或内乳化剂。国内还根本没有这种内乳化剂,故本文参考了几篇专刊文摘[4],进行了半年多的实验

    摸索,最后较成功地合成出了一种颗粒比较小(<1μ)稳定性优良、具有一定力学性能的新型水系聚氨酯乳液,并用于纺织品的涂层领域,在对丙烯酸酯防水涂层粘合剂的改性方而显示了优良性能。

    二.合成

    (一)操作简述

    在装置中加40克聚醚(2000分子量),在100℃下减压蒸馏(真空度67mmHg)l小时,除去微量的水。

    然后在另一装置中加18克苯(约18毫升),6.96克甲苯二异氰酸酯 (约5.8毫升),用氮气保护,在78-80℃反应3.5小时,得棕黄色透明预聚体。

    取20克预聚体于反应后一装置中,加0.2克乙二醇,在35℃反应30分钟。在氮气下,在温度低于5℃时滴加40毫升丁酮与O.7毫升二乙烯三胺的混合液,25分钟滴加完毕;再滴加8毫升丁酮与0.6毫升环氧氯丙烷的混合液,10分钟加毕,滴加15毫升丁酮与0.66克顺丁烯二酸酐的混合液,10分钟加毕;在50℃反应60分钟;再在室温下加0.2克氢氧化钠和40毫升蒸馏水,得乳白色液体。在温度5O℃减压蒸馏(真空度9mmHg)除溶剂,得与水无限稀释的PU乳液。

    (二)PU乳液的几种物理性质

    表l PU乳液的几种物理性质

    三.性能测试、结果讨论

    (一)聚氨酯乳液(PU)与丙烯酸酯涂层粘合剂乳液(PA)共混性和混液稳定性。

    1.DSC分析(示差扫描量热计)

    PU/PA共混物的DSC实验曲线得到玻璃化温度,如表2。

    表2 PU/PA共混合物的玻璃化温废

    从试验结果看,PU和PA乳液的共混是相容性好的共混[2]。因为它们不同比例的共混液都只有一个玻璃化温度。混液在温度8-43℃放置长达半年之久仍未见任何异常现象.

    2.动态粘弹分析

    PU/PA共混物的动态粘弹实验与DSC结果一致,见图1。

    条件;频率;110赫兹

    升温速度;3度/分

    结果;PU︰PA=6︰1

    T;-7.3℃

    (二)PU/PA共混液膜的拉伸性能

    1. 高分子聚合物拉伸时其应力-应变曲线(δ-ε)可以概括为以下五种;见图2。

    不难推论,作为防水涂层粘合剂,若要得到高耐水压涂层织物,从涂层剂本身考虑,膜应具有一定的强度。但作为纺织品,兼顾服用的舒适性等问题,膜要有一定的弹性,反应在δ-ε曲线上应是硬而韧的膜。

    2.PU/PA共混液膜的应力-应变曲线如图3。其测试的数据见表3。

    仪器:日本岛津DSS一500万能材料试验机

    实验条件:夹间距 lOmm

    有效面积 5×lOmm2

    温度 2O℃

    湿度 65%

    下降速度 30mm/min

    表3 PU/PA共混液膜的拉伸性能

    不难看出,PU含量越大(共混液中),材料越接近硬而韧的膜。按推论耐水压应趋于增大,实际测试结果正是如此。

    (三)防水涂层试验、结果讨论

    1.试验用设备

    瑞士进口涂层机;浸轧液设备;沾水性测试装置;耐水压测试装置等。

    2.涂层工艺

    基布;市售尼龙塔夫绸

    工艺;预轧防水剂(三浸三轧)→烘干(100℃×l.5分) →涂层→预烘(110℃×l分) →焙烘(150℃×3分)

    轧防水剂条件;压力5kg/cm2,轧液率80%。

    刮刀式干法涂层;

    涂层剂配方;涂层剂50克;增稠剂0.4%,消泡剂0.2%;前处理防水剂Livozol N-750,浓度25克/升。

    注;在调浆时先将增稠剂用水调匀,再加粘合剂搅匀。

    涂层织物性能测试结果见表4,从测试结果看,也证明了越接近硬而韧的膜,其涂层后织物的耐水压越高,同时说明了PU对PA耐水压有明显改善。

    一般涂层织物的涂布量在15~25g/m2,甚至有时达40 g/m2,而我们利用PU改性PA后进行一次性涂布涂布量在7 g/m2左右,共混液中PU︰PA=1︰6,就可比纯PA涂层织物的耐水压提高近一倍。

    表4 防水涂层试验结果

    四、结论

    1.本文合成了自交联、自乳化的水性聚氨酯乳液PU。制备的乳液颗粒均匀且小,稳定性优良,可用于纺织品的防水涂层领城,其应用有待于开发。

    2.本文制备的PU和丙烯酸酯防水涂层粘合剂乳液PA的共混是相容性好的共混,其共混亦有优良的性稳定性。

    3.本文制备的PU可以较明显改善PA的耐水压性、耐洗性、手感、涂层织物无发自现象。

    参考文献

    [l]Johnt.Lermani;J.of Coating Fabric. 14(4)1985

    [2]《高分子物理》第1版,复且大学出版社,1983年

    [3]Jpn.Kokai 7873293

    [4]J.p.7917358

    来源: 印染在线   作者:姜炜、解如阜、张钧(天津纺织工学院)

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