刘利军1，王可答1，金鑫2，江英彦2，唐黎明3
（1.绥化学院化学与制药工程系，黑龙江绥化152061； 2.中国科学院化学所，北京100080；3.清华大学化学工程系，北京100084）
摘要：以甲苯-2，4-二异氰酸酯、2，2-二羟甲基丙酸、聚乙二醇和乙醇酸为主要原料，合成了带有羧基的水性聚氨酯，通过与带有氮丙啶基聚氨酯交联剂的室温固化，得到了具有优良耐水性及力学性能的涂层材料。
关键词：聚氨酯；水性涂料；性能
中图分类号：TQ331.4，TU56文献标识码：A文章编号：1001-702X（2009）01-0040-03
水性聚氨酯作为一种绿色环保涂料，具有不燃、无污染、 节省能源、易加工等优点，在许多领域获得应用，深受消费者 的喜爱[1-3]。但由于其本身的耐水、耐溶剂等性能不是很好，需要进行交联剂改性。合成水性聚氨酯的报道较多，但以往的文献为了提高固化后涂层的力学性能，在聚氨酯预聚体合成后， 多用一些小分子二醇或二胺来扩链，这样体系的黏度会急剧增大，为了使反应进行需要添加大量的溶剂。本文在聚氨酯预聚体合成后，不扩链，而是用乙醇酸对预聚物进行封端，合成多羧基化的聚氨酯，这样体系的黏度低，只需少量的溶剂即可反应。并提高了聚氨酯在水中的分散性，也使得水性聚氨酯在固化时能够形成网状结构。
本文以甲苯-2，4-二异氰酸酯（TDI）、聚乙二醇（PEG）、2， 2-二羟甲基丙酸（DMPA）和乙醇酸（GA）为主要原料，制备了一系列具有羧基官能团的水性聚氨酯分散液（PU），并采用红外光谱对其结构进行了分析。研究了不同配比对聚氨酯合成的影响。通过与带有氮丙啶基聚氨酯交联剂进行室温固化，得到了具有优良耐水性及力学性能的涂层材料。
1.实验部分
1.1主要原料
聚乙二醇200（PEG200）、聚乙二醇400（PEG400）、聚乙 二醇600（PEG600），化学纯，天津天泰精细化学品有限公司； 甲苯-2，4-二异氰酸酯（TDI），化学纯，上海试剂一厂；2，2-二 羟甲基丙酸（DMPA），化学纯，ACROS ORGANICS公司生产； 乙醇酸（GA），分析纯，天津市化学试剂三厂；二月桂酸二丁基 锡（DBTDL），化学纯，天津市化学试剂一厂。交联剂端氮丙 啶基水性聚氨酯的合成按照参考文献[4]所述。
1.2 端羧基水性聚氨酯的合成
按表1所示基本配方，称取甲苯-2，4-二异氰酸酯 （TDI）、聚乙二醇（PEG）和2，2-二羟甲基丙酸（DMPA）；将 DMPA和PEG混合，称取一定质量的丁酮，加入到装有球形 冷凝管、机械搅拌桨的三口圆底烧瓶中，加热至50℃，同时加 入少量的二月桂酸二丁基锡（DBTDL），搅拌直至DMPA完全 分散在PEG和丁酮中；然后再加入TDI，升温至80℃，反应2 h（反应过程中黏度增大，酌情补加少量丁酮）。之后，加入适量的乙醇酸（GA），继续恒温在80℃反应0.5 h。称取相应质量的氨水，溶解在去离子水中，用恒压滴液漏斗缓慢滴加到体系 中，同时温度降至室温；用氨水调整体系的pH值为8，制得水性聚氨酯分散液。
按照表2所示分别改变PEG的种类、—NCO/—OH官能团比，以及TDI/PEG/DMPA/GA的摩尔比来制备端—NCO预聚物，按照预聚物中的端异氰酸酯基与GA中的羟基以1∶1的官能团比进行封端反应（见图1中的反应步骤），这样得到了一系列不同配方的水性聚氨酯分散液。