有机硅氧烷改性水性聚氨酯结构与性能研究.docVIP

有机硅氧烷改性水性聚氨酯结构与性能研究 刘娇 潘肇琦 杲云 刘峰 华东理工大学，材料科学与工程学院，上海200237 有机硅改性水性聚氨酯是近年来对水性聚氨酯成膜的表面性能及耐水性进行改性的主要研究方向和重点。但国内大多使用端羟基硅油或者是氨基硅油，前者和聚氨酯共聚后形成不稳定的Si-O-C结构，导致在水中硅的时效性较短[1]；后者则由于氨基和NCO的反应过快而使两者的共聚反应难以控制。本文采用特殊的有机硅氧烷—-端羟基聚醚封端的聚二甲基硅氧烷对脂肪族聚醚型水性聚氨酯进行共聚改性。利用红外光谱对其结构进行了表征，并考察了改性产物胶膜的拉伸强度、断裂伸长率和耐水性与有机硅含量的关系。结果表明，改性后的水性聚氨酯胶膜表现出了较好的耐水性及硅油的时效性。随着硅油添加量的提高，胶膜的拉伸强度下降，而断裂伸长率提高。在本研究中，硅油含量仅为0.5~1%时就表现出了较好的耐水性和与纯聚氨酯几乎相当的机械性能，含量大于1%后，机械性能偏离纯聚氨酯，耐水性仅稍有提高。 注：有机硅含量为占预聚体质量的3%（以下有机硅含量均指占预聚体的质量百分含量） 图1水性聚氨酯改性前后的红外光谱图 图2不同有机硅含量下PU-Si的拉伸强度 图3不同有机硅含量下PU-Si 和断裂伸长率 的吸水率变化 由图1PU和PU-Si的红外对比谱图可以看出，两谱图都在3330cm-1附近出现的N-H伸缩振动峰，在1720~1700cm-1出现C=O吸收峰，在1550cm-1附近出现酰胺II带的N-H弯曲振动峰，以及在1110cm-1附近出现C-O-C的伸缩振动峰，这些都是典型的聚氨酯吸收峰。 同时，在右边700-900cm-1处的放大图中可以看到，尽管有机硅的引入量很少，但在PU-Si的谱图中，仍在803cm-1附近出现一个小峰，这是Si-CH3的摆式振动峰。另外，PU-Si谱图中N-H伸缩振动峰出现在3344.2cm-1处，而PU的谱图中却出现在3326.7cm-1处，这是由于氢键化和微相分离程度不同造成的峰位置的偏移。Si-O-Si的伸缩振动峰被C-O-C的伸缩振动峰掩盖。这些都说明有机硅被引入聚氨酯链中。[2] 由图2可以看出，有机硅改性后的水性聚氨酯胶膜的拉伸强度随有机硅含量的提高而下降,而断裂伸长率则随有机硅含量的增加而有所提高。这是由于所用的有机硅为聚醚封端的聚二甲基硅氧烷，有机硅被引入聚氨酯链后，一方面聚氨酯的软段含量增加，使得拉伸强度下降，同时断裂伸长率上升。另一方面，虽然有机硅氧烷和聚氨酯硬段的相容性较差，但是由于聚醚链段的加长，使得聚氨酯和聚二甲基硅氧烷的微区界面区有更好的融合，促进了材料的相容性[3，4]。 表1不同有机硅含量下PU-Si的24h吸水率和48h吸水率 Content of silicone/% Water absorbtion/% 24 hours 48 hours 0 8.89 11.21 0.5 6.21 6.72 1 6.13 6.23 3 5.88 6.02 5 5.70 5.91 由表1可以看出，有机硅改性后的水性聚氨酯胶膜的耐水性有所提高，尤其是48h吸水率，当有机硅含量达到5%时，吸水率下降了近50%。由图3可见，有机硅改性后的耐水性效应在胶膜进入水中1h时已经开始体现，这是由于聚醚封端的有机硅接入聚氨酯的链中，醚链的增加使得分子链的柔性增强，分子链易于运动，硅链也易于迁移出来。 参考文献： [1]宋海香，罗运军等. 化工进展. 2004，23（11）：1199 [2]赵瑶兴，孙祥玉. 有机分子结构光谱鉴定. 北京.科学出版社.2003 [3]Speckhard T A,Cooper S L. Rubber Chem Tech,1986,59:450 [4]张洪涛，黄锦霞. 石油化工,2002,31(11):890 Structure and properties study of aqueous polyurethane modified by organic silicone Liu jiao，Pan zhaoqi，Gao yun East China University of Science and Technology, College of material science and engineering, shanghai 200237 Abstract: The structure of aqueous polyurethane modified by organic silicone which terminated by polyether was charac