任龍芳, 張 健, 強濤濤, 李夢函, 李 霄
(1.陜西科技大學(xué) 教育部輕化工助劑化學(xué)與技術(shù)重點實驗室, 陜西 西安 710021; 2.陜西科技大學(xué) 輕工科學(xué)與工程學(xué)院, 陜西 西安 710021)
聚酯二元醇的合成及水性聚氨酯的制備及其性能
任龍芳1,2, 張 健2, 強濤濤1,2, 李夢函2, 李 霄2
(1.陜西科技大學(xué) 教育部輕化工助劑化學(xué)與技術(shù)重點實驗室, 陜西 西安 710021; 2.陜西科技大學(xué) 輕工科學(xué)與工程學(xué)院, 陜西 西安 710021)
以對甲苯磺酸為催化劑,己二酸和1,3-丙二醇為原料,合成了一種聚酯二元醇.單因素實驗結(jié)果表明,其最佳的合成條件為n(1,3-丙二醇)∶n(己二酸)=1.3∶1、催化劑用量為1%(按反應(yīng)體系中醇酸的總質(zhì)量計)、減壓反應(yīng)溫度為130 ℃、減壓反應(yīng)時間為3 h.傅里葉變換紅外光譜和核磁譜圖的分析結(jié)果表明:最終產(chǎn)物結(jié)構(gòu)與目標(biāo)產(chǎn)物結(jié)構(gòu)一致.凝膠滲透色譜測定結(jié)果表明合成的聚酯二元醇的相對分子質(zhì)量為1 019,多分散性為1.073;X射線衍射測定結(jié)果表明其結(jié)晶度為25.92%.分別以合成的聚酯二元醇和市售聚酯二元醇為原料合成了水性聚氨酯,結(jié)果表明,采用自制聚酯多元醇制備的水性聚氨酯膠膜的彈性較好,手感柔軟,結(jié)晶度低,但耐水性較差.
聚酯二元醇; 水性聚氨酯; 合成; 性能
聚氨酯是一種以氨基甲酸酯為官能團的有機高分子材料,由于其在低溫環(huán)境下仍具有良好的光澤性、韌性、彈性以及所具有的優(yōu)良的物理機械性能和良好的成膜性被廣泛應(yīng)用于涂料和膠黏劑領(lǐng)域[1-3].傳統(tǒng)的溶劑型聚氨酯由于在生產(chǎn)過程中使用了易于揮發(fā)的有毒性的有機溶劑,在人們追求綠色環(huán)保的今天,其發(fā)展受到了極大的限制.因此,具有低有機物釋放以及低生產(chǎn)成本同時兼有高強度、耐低溫、耐磨損特性的水性聚氨酯受到了科研工作者的極大關(guān)注[4-6].
傳統(tǒng)聚酯型水性聚氨酯在制備過程中所用聚酯二元醇大多是以從石油中提煉所得的小分子二元醇和二元酸經(jīng)過縮聚反應(yīng)制備所得[7,8].但是,采用1,3-丙二醇作為小分子二醇制備聚酯二元醇的研究較少.
迫于資源緊缺的壓力,采用生物質(zhì)材料制備聚酯二元醇,并將其應(yīng)用于水性聚氨酯的制備中引起了科研工作者廣泛的興趣[9-13].
本文以己二酸和1,3-丙二醇為原料,合成了一種聚酯二元醇,將其用于水性聚氨酯的制備中,并與市售的聚己二酸1,4-丁二醇酯二醇所合成的水性聚氨酯進行了對比.
1.1 試劑和儀器
(1)主要試劑:異佛爾酮二異氰酸酯(IPDI),AR,上海笛柏化學(xué)品技術(shù)有限公司;1,3-丙二醇,AR,美國杜邦公司;己二酸、鄰苯二甲酸氫鉀、二正丁胺、三乙胺(TEA)、丙酮,AR,天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司;對甲苯磺酸,AR,天津市福晨化學(xué)試劑有限公司;氫氧化鉀,AR,天津市恒興化學(xué)試劑有限公司;無水乙醇、甲苯,AR,天津市天力化學(xué)試劑有限公司;聚己二酸1,4-丁二醇酯二醇(Mn=1 000),工業(yè)品;二羥甲基丙酸(DMPA),AR,阿拉丁試劑公司;二月桂酸二丁基錫(DBTDL),AR,上海青析化工科技有限公司;三羥甲基丙烷(TMP),AR,天津市光復(fù)精細化工研究所.
(2)主要儀器:GT-7010-AE拉力試驗機,高鐵檢測儀器有限公司;Mastersizer2000激光粒度分析儀,英國馬爾文公司;Q500 TGA熱重分析儀,美國TA儀器公司;D/max2200PC型X射線衍射儀,日本理學(xué)公司;傅里葉紅外光譜儀,德國BRUKER公司;凝膠滲透色譜儀,美國沃特斯公司;AVANCE III 400MHz 超導(dǎo)核磁共振譜儀,德國Bruker公司.
1.2 聚酯二元醇的合成
分別將一定量的己二酸和1,3-丙二醇按照n(1,3-丙二醇)∶n(己二酸)=1.3∶1的比例加入三口燒瓶中,升高溫度到50 ℃,待反應(yīng)體系成為均一的熔融態(tài)后加入0.5%(按己二酸和1,3-丙二醇的總質(zhì)量計)的對甲苯磺酸,升高溫度到105 ℃反應(yīng)1 h;然后降低反應(yīng)體系壓力到-0.1 MPa后升高反應(yīng)溫度到130 ℃反應(yīng)3 h,降溫出料.將產(chǎn)物用等質(zhì)量的CHCl3在梨形分液漏斗溶解,并加入相同質(zhì)量的蒸餾水搖勻后靜置分層,將上層液體從漏斗上口倒掉(反復(fù)洗滌三次),將下層液體轉(zhuǎn)移到梨形瓶中用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀將CHCl3蒸除.將其置于真空干燥箱中,在真空度為-0.1 MPa,溫度為100 ℃下干燥5 h除去殘留水分,得到純品聚酯二元醇.聚酯二元醇的反應(yīng)原理如圖1所示.
圖1 制備聚酯二元醇的反應(yīng)原理圖
1.3 水性聚氨酯的合成
1.3.1 水性聚氨酯乳液的制備
分別將一定量的聚己二酸1,3-丙二醇聚酯二醇或聚己二酸1,4-丁二醇酯二醇和IPDI按照n(NCO)∶n(OH)=1.72∶1的比例加入三口瓶中,加熱到50 ℃使其達到熔融態(tài)后,分別滴加0.06%(按加入反應(yīng)物質(zhì)的總量計)DBTDL,于50 ℃下保溫反應(yīng)20 min,然后升高溫度至70 ℃繼續(xù)反應(yīng),當(dāng)反應(yīng)體系中游離-NCO的含量分別近似(理論值±0.5%)達到理論值10%時,分別加入5.4%(按加入反應(yīng)體系物質(zhì)的總質(zhì)量計)DMPA,再升高溫度至80 ℃繼續(xù)反應(yīng),直至反應(yīng)體系中游離-NCO含量近似(理論值±0.5%)達到理論值5.7%時,降溫至45 ℃,在降溫過程中如果體系黏度過大,加入適量丙酮以降低體系黏度.分別加入4%(按加入反應(yīng)體系物質(zhì)的總質(zhì)量計) TEA,于45 ℃下保溫反應(yīng)20 min.高速攪拌下加入去離子水乳化30 min,靜置消泡后用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀除去丙酮,即可得到兩種水性聚氨酯乳液,分別命名為BWPU和WPU.
1.3.2 水性聚氨酯膠膜的制備
稱取制備的BWPU和WPU乳液各25 g,將其倒入聚四氟乙烯模具(160 mm×40 mm×8 mm)中,于室溫條件下自然干燥,待其干燥后將膠膜揭下,即得厚度約為0.8 mm的聚氨酯膠膜.然后將膠膜置于真空度為0.08 MPa、溫度為60 ℃的真空干燥箱中繼續(xù)干燥,烘至質(zhì)量不再發(fā)生變化為止,取出備用.
1.4 測定與表征
1.4.1 酸值的測定
參照HG2708-1995測定酸值,利用下述公式計算聚酯二元醇的酸值.
(1)
式(1)中:x—酸值,mgKOH/g;v1—滴定試樣時消耗的KOH乙醇標(biāo)準液,mL;v2—空白試驗時消耗的KOH乙醇標(biāo)準液,mL;C—KOH乙醇標(biāo)準滴定液的濃度,mol/L;m—試樣的質(zhì)量(g);56.10—KOH的摩爾質(zhì)量,g/mol.
1.4.2 異氰酸酯基含量的測定[14,15]
采用丙酮-二正丁胺滴定法測定異氰酸酯基含量,利用公式計算-NCO%含量.
(2)
式(2)中:V0—空白樣品消耗的HCl的體積,mL;V—為樣品消耗的HCl體積,mL;c—為HCl標(biāo)準溶液的濃度,mol/L;m—為樣品量,g.
1.4.3 耐水性
準確稱取膠膜的質(zhì)量,然后將其浸入去離子水中,48 h后取出,擦干膠膜表面水分,稱重.利用以下公式計算膠膜的吸水率.
(3)
式(3)中:m—膠膜吸水溶脹后的質(zhì)量,g;m0—浸水前膠膜的質(zhì)量,g.
1.4.4 拉伸強度
將制備的膠膜剪成啞鈴狀樣條,用拉力機進行拉伸試驗.
1.4.5 傅里葉紅外光譜
取3 g聚酯二元醇樣品溶解于25 mL丙酮中,均勻涂在KBr片上,放入傅里葉變換紅外光譜儀中測定,掃描范圍為400~4 000 cm-1.
1.4.6 GPC
稱取適量聚酯二元醇,將其溶解在DMF中,配置成2.5 mg/mL的溶液,采用凝膠滲透色譜儀對其相對分子質(zhì)量進行測試分析.
1.4.7 核磁氫譜
采用CDCl3作為溶劑將聚酯二元醇溶解,采用AVANCE III 400 MHz 超導(dǎo)核磁共振譜儀對聚酯二元醇做1HNMR分析.
1.4.8 乳液粒徑
用一次性滴管吸取少量乳液,用激光粒度分析儀對乳液粒徑分別進行測試.
1.4.9 X射線衍射
(1)將0.3 g聚己二酸1,3-丙二醇酯二醇溶解于25 mL氯仿中,用滴管吸取少量,滴于載玻片上,25 ℃下氯仿?lián)]發(fā),聚酯二元醇在載玻片上析出結(jié)晶.由D/max2200PC型X射線衍射儀測定其結(jié)晶性能.掃描速度:2 °/min(2θ),測試掃描范圍為:10 °~40 °(2θ).
(2)剪取少量(10 mm×10 mm)制備的膠膜,由D/max2200PC型X射線衍射儀測定其結(jié)晶性能.掃描速度:4 °/min,測試掃描范圍為5 °~40 °.
2.1 聚己二酸1,3-丙二醇酯二醇制備條件的優(yōu)化
2.1.1 醇酸摩爾比
分別控制反應(yīng)溫度為105 ℃,催化劑用量為1%,反應(yīng)時間1 h,體系壓力降低到-0.1 MPa后升高體系溫度到120 ℃反應(yīng)2 h,考察n(1,3-丙二醇)∶n(己二酸)為1.0∶1、1.1∶1、1.2∶1、1.3∶1、1.4∶1、1.5∶1時對酸值的影響,實驗結(jié)果如圖2所示.由圖2可知,隨著1,3-丙二醇用量的增加,聚酯二元醇的酸值呈現(xiàn)不斷減小的趨勢,并且n(1,3-丙二醇)∶n(己二酸)為1.1∶1、1.2∶1時,酸值下降程度明顯,當(dāng)n(1,3-丙二醇)∶n(己二酸)大于1.3∶1時,酸值基本保持不變.這是由于隨著反應(yīng)體系中1,3-丙二醇用量的增加,己二酸參與反應(yīng)越來越充分,當(dāng)n(1,3-丙二醇)∶n(己二酸)為1.3∶1時,體系中的己二酸基本完全反應(yīng),少量游離羧基并不會隨著1,3-丙二醇含量的增加而減少.所以產(chǎn)物的酸值趨于穩(wěn)定.因此,選用n(1,3-丙二醇)目∶n(己二酸)=1.3∶1作為反應(yīng)體系中的最佳投料比.
圖2 醇酸摩爾比對聚酯二元醇酸值的影響
2.1.2 反應(yīng)時間
分別控制反應(yīng)體系中n(1,3-丙二醇)∶n(己二酸)為1.3∶1;溫度為105 ℃,催化劑用量為1%(按加入反應(yīng)體系中醇酸的總質(zhì)量計)反應(yīng)1 h,考察體系壓力降低到-0.1 MPa后升高體系溫度到120 ℃分別反應(yīng)1 h、2 h、3 h、4 h、5 h對產(chǎn)物酸值的影響,實驗結(jié)果如圖3所示.由圖3可知,隨著減壓反應(yīng)時間的延長,聚酯二元醇的酸值呈現(xiàn)下降的趨勢,當(dāng)減壓反應(yīng)時間大于3 h時,產(chǎn)物酸值基本趨于平衡.這是由于隨著減壓反應(yīng)時間的延長,體系中己二酸參與反應(yīng)越來越充分,當(dāng)減壓反應(yīng)3 h時,體系中的羧基基本反應(yīng)完全,繼續(xù)延長反應(yīng)時間,沒有多余的羧基再參與反應(yīng),因此,減壓反應(yīng)時間選定為3 h.
圖3 減壓反應(yīng)時間對聚酯二元醇酸值的影響
2.1.3 催化劑用量
控制反應(yīng)體系中n(1,3-丙二醇)∶n(己二酸)為1.3∶1;反應(yīng)溫度為105 ℃,反應(yīng)1 h;體系壓力降低到-0.1 MPa后升高體系溫度到120 ℃分別反應(yīng)3 h,考察催化劑用量分別為0%、0.5%、1%、1.5%、2%時對產(chǎn)物酸值的影響.實驗結(jié)果如圖4所示.由圖4可知,隨著催化劑用量的增加,聚酯二元醇的酸值整體呈現(xiàn)下降的趨勢,并且催化劑用量大于0.5%時,產(chǎn)物酸值基本處于平衡.這是由于催化劑的催化效率并不會隨著催化劑用量的增加而無限提高,當(dāng)催化劑用量達到化學(xué)反應(yīng)的最佳用量后,體系中多余加入的催化劑并不會對提高化學(xué)反應(yīng)效率做出貢獻,所以催化劑的用量選定為0.5%.
圖4 催化劑加入量對聚酯二元醇酸值的影響
2.1.4 減壓反應(yīng)溫度
控制反應(yīng)體系中n(1,3-丙二醇)∶n(己二酸)為1.3∶1;催化劑用量為0.5%(按加入反應(yīng)體系中醇酸的總質(zhì)量計),反應(yīng)溫度為105 ℃,反應(yīng)時間為1 h;體系壓力降低到-0.1 MPa后分別升高溫度到120 ℃、130 ℃、140 ℃、150 ℃、160 ℃反應(yīng)3 h后,考察對產(chǎn)物酸值的影響.實驗結(jié)果如圖5所示.由圖5可知,隨著減壓反應(yīng)溫度的升高,聚酯二元醇的酸值整體呈現(xiàn)先減少后增加的趨勢,并且減壓反應(yīng)溫度為130 ℃時,產(chǎn)物酸值最低.這是因為減壓反應(yīng)過程中雖然提高反應(yīng)溫度可以加速酯化反應(yīng)生成水的除去,促進反應(yīng)向正反應(yīng)方向移動,但是如果溫度太高,在除水的過程中1,3-丙二醇也會有損失,并且溫度越高損失越多,致使體系產(chǎn)物中己二酸反應(yīng)不完全,殘留的羧基增多,故選擇減壓反應(yīng)溫度為130 ℃.
圖5 減壓反應(yīng)溫度對聚酯二元醇酸值的影響
2.2 聚酯二元醇的結(jié)構(gòu)表征
2.2.1 紅外光譜
聚酯二元醇的紅外譜圖如圖6所示.從圖6可以看出,1 734.15 cm-1處出現(xiàn)了較強的酯羰基(-O-C=O)特征吸收峰;在2 958 cm-1處出現(xiàn)了C-H特征吸收峰;在3 543 cm-1處出現(xiàn)了-OH的特征吸收峰,在1 176 cm-1處出現(xiàn)了C-O-C的特征吸收峰,說明產(chǎn)物中含有大量的-OH和酯鍵.
圖6 聚酯二元醇的紅外譜圖
2.2.2 核磁分析
圖7 聚酯二元醇的1H-NMR光譜
2.2.3 GPC分析
由表1可知,GPC測定結(jié)果表明所合成的聚酯二元醇的平均相對分子質(zhì)量為1 019,多分散性為1.073,說明該聚酯二元醇的相對分子質(zhì)量分布較均勻.這是因為選用常壓和減壓兩步來制備聚酯二元醇,在第一步常壓低溫的反應(yīng)條件下,小分子二元醇和二元羧酸反應(yīng)比較溫和.分子鏈并不會部分急劇變大,而是均勻增大直至反應(yīng)達到常壓下的平衡狀態(tài).當(dāng)進行第二步減壓高溫反應(yīng)時,雖然反應(yīng)條件有利于聚酯二元醇分子鏈增大,但是反應(yīng)體系中的分子反應(yīng)活性經(jīng)過第一步反應(yīng)之后已經(jīng)相對減弱,也不會造成局部分子鏈段急劇變長.因此,最終產(chǎn)物的相對分子質(zhì)量分布比較集中.
表1 聚酯二元醇的GPC結(jié)果
2.2.4 XRD譜圖分析
從圖8可以看出,該聚酯二元醇具有顯著的結(jié)晶性,由分峰法計算可知其結(jié)晶度為25.92%;在2θ=18.959 °(d=4.676 9 nm)、2θ=20.319 °(d=4.367 0 nm)、2θ=20.918 °(d=4.243 1 nm)、2θ=21.178 °(d=4.191 6 nm)、2θ=22.300 °(d=3.983 3 nm)、2θ=24.660 °(d=3.607 2 nm)處均有明顯的衍射吸收峰,說明該聚酯二元醇具有一定程度的三維有序排列,并且多個衍射峰的出現(xiàn)說明影響聚酯分子鏈段排入晶格的因素較多,即所得聚酯二元醇有多種形式的結(jié)晶.
圖8 聚酯二元醇的XRD譜圖
2.3 聚氨酯乳液性能分析
從圖9可以看出,制備的BWPU和WPU乳液的粒徑分別為25.42 nm和29.66 nm,均為泛藍光半透明乳液.在離心機轉(zhuǎn)速為3 000 r/min,離心沉降15 min后,乳液狀態(tài)如圖所示,說明兩種聚氨酯乳液皆有良好的儲存穩(wěn)定性.
圖9 聚氨酯乳液粒徑圖
2.4 聚氨酯膠膜性能分析
2.4.1 聚氨酯膠膜的力學(xué)性能
由表2可知,BWPU膠膜的拉伸強度和撕裂強度比WPU膠膜的拉伸強度低,而斷裂伸長率卻高于WPU膠膜.這是因為兩種聚酯二元醇的相對分子質(zhì)量基本相同,硬段含量在整個聚氨酯鏈段所占比例是一致的,但是由圖11可知,BWPU膠膜的結(jié)晶度低于WPU膠膜的結(jié)晶度,說明WPU膠膜的分子鏈段排列更加規(guī)整,其強度也較高.
表2 聚氨酯膠膜的力學(xué)性能
2.4.2 聚氨酯膠膜的耐水性
由表3可知,BWPU的膠膜吸水率顯著高于WPU膠膜,并且由圖10可知WPU膠膜的水接觸角為99.3 °,BWPU膠膜的水接觸角為93.4 °,說明BWPU膠膜的耐水性較差.這是因為制備BWPU所用聚己二酸1,3-丙二醇酯二醇中含有較多極性較大的酯基,其親水性較好,從而導(dǎo)致膠膜的耐水性較差.由圖11可知,BWPU膠膜的結(jié)晶度低于WPU膠膜.聚氨酯為相對分子質(zhì)量巨大的柔曲長鏈,水分子一般是通過聚氨酯柔曲長鏈的空隙向內(nèi)部滲透.而結(jié)晶度較大的WPU會限制聚氨酯柔曲長鏈間空隙的形成.
表3 聚氨酯膠膜的吸水率
圖10 聚氨酯膠膜的水接觸角圖
2.4.3 聚氨酯膠膜的XRD譜圖分析
圖11為WPU和BWPU膠膜的XRD圖譜.水性聚氨酯具有特殊的相分離結(jié)構(gòu),其軟段和硬段可形成各自的結(jié)晶微區(qū).由圖11可以看出BWPU和WPU的X射線衍射主要出峰位置基本相同,在2θ=26.520 °處和2θ=22.249 °處有較為明顯的X射線衍射峰.但WPU膠膜的出峰更加尖細,經(jīng)分峰法計算可知WPU膠膜的結(jié)晶度為4.75%;BWPU的結(jié)晶度為4.438%.這是因為以偶數(shù)碳原子二醇合成的聚酯,在其分子鏈中供氫基團與供電子基團比較容易接近,較易形成氫鍵,而使聚合物分子鏈較易結(jié)晶.并且聚己二酸1,3-丙二醇酯二醇相較于聚己二酸1,4-丁二醇酯二醇而言,由于相鄰酯鍵間的亞甲基數(shù)較少,所以其制備的水性聚氨酯分子鏈的結(jié)晶性較弱.
圖11 聚氨酯膠膜XRD圖譜
2.4.4 聚氨酯膠膜的熱重譜圖分析
圖12(a)為WPU的熱重分析曲線圖,由圖可以看出WPU的分解溫度為278.8 ℃,溫度在349.5 ℃時,分解速率最大,并且在此溫度時,薄膜質(zhì)量損失50%.在468.8 ℃時,基本已完全分解,失重完畢,殘留量約為3.819 8%.圖12(b)為BWPU的熱重分析曲線圖,由圖可以看出BWPU的分解溫度為265.4 ℃,在355.4 ℃,薄膜質(zhì)量損失50%.在365.5 ℃時,薄膜分解速率最大,在430.698 ℃時,薄膜基本完全分解,失重完畢,殘留量約為3.917 8%.總體來說,兩種聚氨酯膠膜的耐熱穩(wěn)定性基本相當(dāng),都具有較好的耐熱穩(wěn)定性.這是因為制備兩種聚氨酯所用聚酯二元醇分子結(jié)構(gòu)近似,耐熱穩(wěn)定性也近似相當(dāng).
(a)WPU膠膜的熱重分析曲線
(b)BWPU膠膜的熱重分析曲線圖12 聚氨酯膠膜的熱重分析曲線
以從植物秸稈中提取得到的1,3-丙二醇和己二酸為原料制備了一種聚酯二元醇.單因素實驗結(jié)果表明當(dāng)n(1,3-丙二醇)∶n(己二酸)為1.3∶1、催化劑用量為0.5%(按反應(yīng)體系中醇酸的總質(zhì)量計)、減壓反應(yīng)溫度為130 ℃、減壓反應(yīng)時間為3 h時,制得的聚酯二元醇的酸值為2.3 mg/g,相對分子質(zhì)量為1 019,外觀為潔白蠟狀固體.以制備的聚酯二元醇為原料合成了水性聚氨酯乳液,結(jié)果表明,乳液穩(wěn)定性良好;膠膜手感柔軟,斷裂伸長率為141.15%,與采用聚己二酸1,4-丁二醇酯二醇制備的水性聚氨酯相比,其結(jié)晶性較差,耐水性較差.
[1] García Pacios V,Costa V,Colera M,et al.Waterborne polyurethane dispersions obtained with polycarbonate of hexanediol intended for use as coatings[J].Progress in Organic Coatings,2011,71(2):136-146.
[2] Ou C W,Su C H,Jeng U S,et al.Characterization of biodegradable polyurethane nanoparticles and thermally induced self-assembly in water dispersion[J].ACS Applied Materials & Interfaces,2014,6(8):5 685-5 694.
[3] Fang C,Zhou X,Yu Q,et al.Synthesis and characterization of low crystalline waterborne polyurethane for potential application in water-based ink binder[J].Progress in Organic Coatings,2014,77(1):61-71.
[4] Liu N,Zhao Y,Kang M,et al.The effects of the molecular weight and structure of polycarbonatediols on the properties of waterborne polyurethanes[J].Progress in Organic Coatings,2015,82:46-56.
[5] Udagama R,Degrandi Contraires E,Creton C,et al.Synthesis of acrylic-polyurethane hybrid latexes by miniemulsion polymerization and their pressure-sensitive adhesive applications [J].Macroolecules,2011,44(8):2 632-2 642.
[6] García Pacios V,Costa V,Colera M,et al.Waterborne polyurethane dispersions obtained with polycarbonate of hexanediol intended for use as coatings[J].Progress in Organic Coatings,2011,71(2):136-146.
[7] 耿耀宗,鄭和堂,尚 青,等.化工涂料.涂料樹脂化學(xué)及應(yīng)用[M].北京:中國輕工業(yè)出版社,1993.
[8] 鐘東紅,羅平水,周作良,等.聚酯多元醇(PEPA)合成的研究[J].江西化工,1996(4):24-27.
[9] Mahmood N,Yuan Z,Schmidt J,et al.Production of polyols via direct hydrolysis of kraft lignin: Effect of process parameters[J].Bioresource Technology, 2013,139:13-20.
[10] Fridrihsone A,Stirna U,Lazdia B,et al.Characterization of polyurethane networks structure and properties based on rapeseed oil derived polyol[J].European Polymer Journal,2013,49(6):1 204-1 214.
[11] Gogoi S,Karak N.Biobased biodegradable waterborne hyperbranched polyurethane as an ecofriendly sustainable material[J].ACS Sustainable Chemistry & Engineering,2014,12(2):2 730-2 738.
[12] Dai J,Ma S,Liu X,et al.Synthesis of bio-based unsaturated polyester resins and their application in waterborne UV-curable coatings[J].Progress in Organic Coatings,2015,78:49-54.
[13] Park H,Seo J,Lee H Y,et al.Synthesis of elastic biodegradable polyesters of ethylene glycol and butylene glycol from sebacic acid[J].Acta Biomaterialia,2012,8(8):2 911-2 918.
[14] Xiong J,Sun F, Du H.Determination of isocyanate group in polyurethane by ″di-n-Butylamine-Acetone″ method[J].Chinese Journal of Analysis Laboratory,2007,26(8):73-76.
[15] Wang X C,Fu Y Q,Ren L F,et al.Synthesis and characterization of the PTMG aliphatic hyperbranched polyurethane[J].Journal of Functional Materials,2013,44(2):1-5.
【責(zé)任編輯:蔣亞儒】
Preparation and properties of polyester diol and waterborne polyurethane
REN Long-fang1,2, ZHANG Jian2, QIANG Tao-tao1,2,LI Meng-han2, LI Xiao2
(1.Key Laboratory of Auxiliary Chemistry & Technology for Chemical Industry, Ministry of Education, Shaanxi University of Science & Technology, Xi′an 710021, China; 2.College of Bioresources Chemical and Materials Engineering, Shaanxi University of Science & Technology, Xi′an 710021, China)
A kind of polyester diol was synthesized in which para-toluenesulfonic acid was as catalyst,adipic acid and 1,3-dipropylene glycol were as raw materials.The results of single-factor test show that the optimum conditions are that the molar ratio of 1,3-propanediol with adipic acid is 1.3,the amount of catalyst is 1%(basing on the total weight of 1,3-dipropylene glycol and adipic acid),reaction temperature is 130 ℃ and the reaction time is 3 h.The results of infrared spectrum and1H-NMR spectrum show that the structure of product is same with the expected product.The GPC characterization shows that the relative molecular mass is 1 019 and the polydispersity is 1.073.The crystallinity degree of product is 25.92%.Two kinds of waterborne polyurethanes were prepared by using polyester diol Prepared by the laboratory and commercial polyester diol,respectively.The experiment results show that the elasticity of waterborne polyurethane film prepared by polyester diol Prepared by the laboratory is better than that prepared by using commericial polyester diol,as well as the handle is softer,the degree of crystallinity is less,but the water resistance is worse.
polyester diol; waterborne polyurethane; synthesis; property
2016-10-23
陜西省教育廳專項科研計劃項目(14JK1090); 陜西科技大學(xué)科研創(chuàng)新團隊計劃項目(TD12-04)
任龍芳(1981-),女,山東聊城人,教授,博士,研究方向:高分子材料及輕紡助劑
1000-5811(2017)01-0028-07
TQ323.8
A