異戊烯醇改性陰離子水性聚氨酯的合成及其在玻纖行業(yè)的應(yīng)用

易冠華

（河南省信陽市節(jié)能監(jiān)察局，河南信陽464000）

異戊烯醇改性陰離子水性聚氨酯的合成及其在玻纖行業(yè)的應(yīng)用

易冠華

（河南省信陽市節(jié)能監(jiān)察局，河南信陽464000）

采用異氟爾酮二異氰酸酯與聚酯二元醇為主要原料，二羥甲基丙酸（DM PA）為親水?dāng)U鏈劑，乙二胺為小分子擴鏈劑，采用預(yù)聚體法合成了可以應(yīng)用于玻纖浸潤劑中的陰離子水性聚氨酯?？疾炝薉M PA、異戊烯醇及擴鏈劑的用量對水性聚氨酯及膠膜性能的影響，得出了制備異戊烯醇改性陰離子型水性聚氨酯的最佳配方，并將其應(yīng)用在玻纖中。

陰離子水性聚氨酯；二羥甲基丙酸；玻纖

1 試驗部分

1.1 原料與預(yù)處理

聚酯二元醇，工業(yè)級，使用前在90～100℃，真空度為0.1MPa條件下，脫水2h；異氟爾酮二異氰酸酯（IPDI），工業(yè)級；二羥甲基丙酸（DMPA），工業(yè)級；三羥甲基丙烷（TMP），工業(yè)級；異戊烯醇，工業(yè)級；乙二胺（EDA），分析純；三乙胺（TEA），分析純；辛酸亞錫（T-9），分析純；丙酮，工業(yè)品，采用4A分子篩脫水處理。

1.2 陰離子型水性聚氨酯乳液的制備

在干燥氮氣保護下，將聚酯二元醇、異戊烯醇、T-9按配方量加入裝有電動攪拌器、溫度計、回流冷凝管的四口燒瓶中，滴加配方量的異氟爾酮二異氰酸酯（IPDI），滴加完畢后加入親水?dāng)U鏈劑DMPA、交聯(lián)劑TMP繼續(xù)反應(yīng)，反應(yīng)過程中根據(jù)需要加適量的丙酮降低黏度。保溫當(dāng)-NCO含量達到或略小于一定的理論值時（二正丁胺法測定），降溫，加入三乙胺中和，反應(yīng)10min，加去離子水高速分散，加入乙二胺擴鏈，反應(yīng)10min，得到固含量為35%～40%的陰離子水性聚氨酯乳液。

1.3 膠膜的制備

把洗干凈后的玻璃模板（45cm×45cm）置于水平臺上。將試驗樣品（200±5）g（總固體含量35%±2%）倒在模板上，并使其分布均勻，室溫干燥。當(dāng)乳液成膜外觀呈透明狀時，放入干燥箱，溫度升至40～45℃，干燥2h；在溫度60～65℃，干燥4h；再將溫度升至90～92℃，繼續(xù)干燥2h；待模板冷卻后，將膜取下，放入干燥器中備用。

1.4 性能測試

1.4.1 預(yù)聚體中-NCO含量測定

甲苯-二正丁胺法。

1.4.2 乳液儲存穩(wěn)定性測試

以離心加速沉降試驗?zāi)M貯存穩(wěn)定性，在離心機中以3 000rpm速度離心沉降15min無沉淀，可以認(rèn)為有6個月的貯存穩(wěn)定期。

1.4.3 力學(xué)性能測定

拉伸強度和斷裂伸長率測試按GB/T 528-2009進行：將膜制成啞鈴狀試條，用IJ-1000型拉伸機上以50mm/min速度測定拉伸強度和斷裂伸長率。

2 結(jié)果與討論

2.1 DMPA用量對產(chǎn)品性能的影響

DMPA含量對涂膜的外觀、分散體穩(wěn)定性及性能產(chǎn)生很大影響［1］。因此，考察二羥甲基丙酸DMPA的含量對乳液的外觀、穩(wěn)定性的影響，結(jié)果如表1所示。

表1 二羥甲基丙酸DMPA含量對產(chǎn)品性能的影響

由表1可以看出，隨著二羥甲基丙酸DMPA含量的增大，乳液的外觀逐漸由不透明變得透明均一，這主要由分散體粒徑大小引起的。而粒徑的大小決定了乳液的穩(wěn)定性，粒徑越小，分散體越均勻，乳液穩(wěn)定性越好。但是，當(dāng)DMPA增加到一定量時，乳液粒徑幾乎不再變小，同時乳化劑加多，會產(chǎn)生過多的氣泡。因此，要在保證乳液穩(wěn)定性的前提下，盡可能減少乳化劑DMPA的用量。從表1可以看出，該水性聚氨酯中二羥甲基丙酸DMPA最適用量為4%～5%。

2.2 乙二胺用量對產(chǎn)品性能的影響

胺基與異氰酸酯的反應(yīng)活性比其他活性氫化合物如醇、水等高。因此，在預(yù)聚體乳化過程中，一般采用先加水分散再加入胺類擴鏈劑進行擴鏈的方式，這種工藝能夠得到穩(wěn)定的分散體。如果在乳化之前加入胺類擴鏈劑，則由于-NH2基團與-NCO基團的反應(yīng)活性極高，擴鏈反應(yīng)難以控制，分子量迅速增大易導(dǎo)致凝膠。而且所得的樹脂難乳化，影響分散體的儲存穩(wěn)定性及外觀。在乳化完全后滴加胺類擴鏈劑，則擴鏈反應(yīng)發(fā)生在已經(jīng)形成的聚氨酯膠粒表面，這樣能夠得到比較穩(wěn)定的、外觀較好的聚氨酯分散體［2］?？疾煲叶返挠昧繉θ橐杭熬郯滨ツz膜的性能影響，結(jié)果見表2。

表2 乙二胺用量對聚氨酯乳液性能的影響

從表2中可以看出，隨著乙二胺用量的增加，聚氨酯乳液的外觀由微黃色透明逐漸變得半透明，顏色也變深。這是由于當(dāng)乙二胺用量不足時，異氰酸酯基過量，由于異氰酸酯基和水反應(yīng)速度緩慢，在放置過程中逐漸生成不溶于水的聚脲和大量的二氧化碳氣體，造成乳液不穩(wěn)定；而當(dāng)乙二胺的用量增加時，反應(yīng)形成的脲鍵增加，分子間氫鍵作用加強，使分子中硬段含量增加，分子鏈間纏結(jié)增多，聚氨酯粒子的體積增大，進而影響乳液的穩(wěn)定性。當(dāng)乙二胺用量為理論用量的70%時，乳液粒徑較小，穩(wěn)定性好。

2.3 異戊烯醇改性陰離子水性聚氨酯在玻纖中的應(yīng)用

在浸潤劑中以水性聚氨酯作為主成膜劑，可大大提高玻纖紗的集束性、短切性、耐磨性，既可用于增強熱塑性型塑料用短切玻纖上，也可用于增強型的紡織玻纖上。以自制的陰離子水性聚氨酯作為主成膜劑，應(yīng)用于成熟的短切紗浸潤劑配方（進口水性聚氨酯作為主成膜劑）中進行應(yīng)用試驗，浸潤劑配方如下：成膜劑（自制陰離子聚氨酯）用量/質(zhì)量為20%，偶聯(lián)劑用量/質(zhì)量為0.2%～2%，潤滑劑用量/質(zhì)量為0.1%～0.2%，潤濕劑用量/質(zhì)量為0.1%～0.2%，抗靜電劑用量/質(zhì)量為0.1%。

將自制的陰離子水性聚氨酯為主成膜劑的浸潤劑與進口水性聚氨酯為主成膜劑的浸潤劑A的應(yīng)用進行對比，結(jié)果如表3所示。

表3 自制浸潤劑與浸潤劑A的FRP制品力學(xué)性能對比實驗

由表3可以看出，F(xiàn)RTP復(fù)合材料的力學(xué)性能皆優(yōu)于A，浸透速度較快，可將其應(yīng)用在短切紗中，效果顯著。

3 結(jié)論

作為成膜劑使用的陰離子水性聚氨酯合成中，親水?dāng)U鏈劑DMPA加入的最佳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4%～5%，異戊烯醇含量為5%～10%，擴鏈劑乙二胺的用量為占理論剩余-NCO摩爾當(dāng)量的70%，所制備的陰離子水性聚氨酯的乳液性能良好，將其作為浸潤劑的成膜劑使用在玻纖中，賦予玻璃纖維良好的集束性、短切性、分散性、低靜電以及成型流動性，并使FRTP復(fù)合材料力學(xué)具有優(yōu)良的力學(xué)性能。

Synthesis of Anionic Waterborne Polyurethane Modified by ISO and Its Application in Glass Fiber Industry

Yi Guan-hua
(Energy Conservation Supervision Bureau of Xinyang City, Henan Province, Henan Xinyang 464000)

Using isophorone diisocyanate with polyester glycol as the main raw material, dimethylol propionic acid (DMPA) as hydrophilic chain extending agent, ethylenediamine as small molecule chain extender, anionic waterborne polyurethane which can be used in glass fiber wetting agent was synthesized by the method of pre polymer, the effects of DMPA, ISO - butyl alcohol and chain extension agent on the properties of waterborne polyurethane and its film were investigated, the best formulation of the preparation of anionic waterborne polyurethane modified by ISO - butyl alcohol was obtained, and it was applicated in glass fiber.

Anionic waterborne polyurethane; Dimethylol propionic acid; Glass fiber

TQ223.13

A

2096-0387（2016）04-0038-03

易冠華（1987-），男，河南信陽人，碩士，助理工程師，研究方向：化工。

[1]3,3-二甲基-4-戊烯酸甲酯合成方法的改進及表征[J].今日農(nóng)藥,2013,14(2):21-22.

[2]余慧群,何志鵬,周海,等.異戊烯醇的合成研究進展[J].化工技術(shù)與開發(fā),2011,40(11):37-39.