R值对水性聚氨酯性能的影响

发布时间:2019/10/18

一、R值对水性聚氨酯性能的影响

R值是反应物中与预聚反应中所有基团的摩尔比,即IPDI中的所含NCO的摩尔数与PBA、PEG和DMPA中所含OH基团的摩尔数之和的比值其中PBA:PEG的摩尔比为2:1。

以下关于值的讨论,都是基于扩链程度为扩链程度定义为扩链剂BDO中OH的摩尔数与预聚体中剩余NCO摩尔数的比值、DMPA含量为6%时,不同R值对聚氨醋乳液性能的影响。

为得到端基为NCO的预聚体,一般使用过量的异氰酸酯,但是如果使用过多的异氰酸酯,将会产生过多的游离NCO,导致副反应的大量发生,不利于下一步扩链反应的进行,因此值的确定十分重要。

二、R值对乳液稳定性的影响

采用PBA、PEG和DMPA与IPDI进行预聚反应,再加入BDO扩链,然后加入TEA中合并加入去离子水搅拌乳化,制成水性聚氨酯防水透湿涂层剂乳液,测试乳液稳定性,结果见下表。

R值对乳液稳定性的影响

由上表可知,R值从1.6开始乳液的外观由半透明变成乳白状,在1.7时离心前乳液就有少量沉淀,使得乳液的稳定性变差,离心后产生分层现象。通常,在离心机中以3000r/min转速离心沉降15min后,,若无沉淀,可以认为有6个月的贮存稳定期,因此本试验所制得的乳液R值小于1.6时稳定性能较好,便于实际生产应用。

三、R值对乳液粘度的影响

聚氨酯的分子结构是由多异氰酸酯、亲水扩链剂形成的硬段和聚多元醇形成的软段交替组成的,其中软、硬段在分子中的比例对水性聚氨酯乳液的粒子尺寸和粘度有明显影响。将所制得的水性聚氨酯测试其粘度,具体结果见下图。

R值对乳液粘度的影响

如上图所示,R值小于1.6时,乳液粘度随R值的增加而下降。随着R值的增大,乳液粘度的下降这是由于随R值的增大,分子链中硬段含量增加,所形成的氨基甲酸酯基和脲基等刚性链段增多,导致分子链间的相互缠结减少,粘度变小。

四、R值对聚氨酯薄膜性能的影响

在水性聚氨酯中,R值决定了聚氨酯分子链中软段和硬段的比例,是影响聚氨酯薄膜性能的主要因素。

将合成的不同R值的系列PU涂层剂乳液制成薄膜,测试聚氨酯薄膜的力学性能。由下图可见,随着R值的增大,聚氨酯薄膜的拉伸强度增大,断裂伸长率逐渐降低。随着R值增大,聚氨酯薄膜的拉伸强度增大,而断裂伸长率逐渐降低,这是由于随着R值增大,聚氨酯大分子结构中硬段比例增大,即硬段中刚性链节(如氨基甲酸酯键、脲键)比例增大,使分子内聚能增大,从而导致薄膜的拉伸强度增大;同时硬段比例增加,相应地软段比例下降,柔韧性减小,导致薄膜断裂伸长率下降。

水性聚氨酯R值

五、R值对聚氨酯薄膜吸水率的影响。

测试聚氨酯薄膜的吸水率从下图可以看出,随着R值的增大,聚氨酯薄膜的吸水率逐渐下降。这是因为随着R值的增大,刚性基团相对增多,憎水性的苯环刚性基团会相对增加,而软段亲水性的醚键或酯键则会相对减少,从而使得涂膜的吸水率逐渐降低。R值从1.4到1.5,薄膜的吸水率有较大变化,从R值为1.5开始,薄膜的吸水率下降趋于平缓。

R值对聚氨酯薄膜吸水率的影响

六、R值对聚氨酯乳液涂层织物防水透湿性能的影响

R值不仅影响乳液的稳定性和涂膜的力学性能,对涂层织物的防水透湿性能也有很大影响。将合成的不同R值的系列PU涂层剂乳液,按焙烘温度140℃,涂层量为20g/m²的工艺进行涂层整理,然后测试涂层后织物的透湿和防水性能,结果见图5与图6.

R值对聚氨酷乳液涂层织物透湿性能的影响

R值对聚氨酷乳液涂层防水透湿性能的影响

从上图可以看出,随着R值的增大,织物透湿量明显减少,织物的静水压随之增大。这是由于R值的增大,NCO基团增多,使得体系中PEG的含量减少造成的。

防水透湿型聚氨酯材料借助分子结构中的亲水性基团或亲水性链段“化学阶梯石,',通过“吸附一扩散一解吸”的过程,将水蒸气分子由高蒸气压的一侧向低蒸汽压的一侧传递,即从接触皮肤的一侧传递到周围环境,从而达到透湿的目的。因而,水汽分子在薄膜中的扩散和渗透主要取决于亲水性基团链段的含量。随着PEG含量的减少,聚氨酯结构中亲水基团减少,传递水分子的基团减少,使得透湿量减少。同时聚氨酯体系中硬段含量增加,导致薄膜的疏水性增大,从而使涂层织物的静水压增加。

研究发现人们在活动时的排汗量为11500g/24h,大约需4000g/m²*24h的透湿量;为了达到理想的防水效果,要求织物的静水压不得低于5.58kpa。根据这些指标,结合上图发现,当R值为1.4时,透湿量为4962g/m²*24h静水压为5.2kpa,此时经涂层整理过的织物防水透湿性能较好,因而选定预聚反应初始R值为1.4。

综合以上测试我们可以得出,随着R值的增大,粘度减小薄膜的拉伸强度随之增大,断裂延伸率不断减小薄膜吸水率不断减小,当R值从1.6开始,乳液的稳定性能下降,整理过的织物的静水压不断增大,而透湿量不断减小,当R值为1.4时,透湿量为4962g/m²*24h,静水压为5.2kpa,此时经涂层整理过的织物防水透湿性能较好,因而选定预聚反应初始R值为1.4。

本文标签: 水性聚氨酯 

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