由于合成时水性聚氨酯多使用亲水性较强的二羟甲基丙酸作为交联剂,因此聚合形成的分散体为线型聚合物,薄膜的耐水性较差。目前,通过提高交联度来提高水性聚氨酯耐水性是研究最多也是比较有效、容易实现的措施。本论文在聚氨酯合成过程中引入超支化聚合物,希望由此增加聚氨酯的交联度,从而提高其耐水性。本文首先用酸酐改性超支化聚酯Boltorn H20,再将改性后的H20加入到异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)和聚醚二元醇初聚反应得到的初聚体系中,然后加入中和剂三乙胺进行反应,最后加水乳化得到超支化水性聚氨酯乳液。结果表明,当丁二酸酐(SA)作为H20改性剂,在丙酮中反应达到终点所需时间比在1,4-二氧六环中反应时间长很多,而且后续试验表明,丁二酸酐制备得到的乳液稳定性较差。选用1,4-二氧六环作为溶剂,顺丁烯二酸酐(MA)作为H20改性剂,红外检测法显示反应2h即可达到反应终点。当H20改性不同数目端羟基时反应所需时间不同,红外和核磁测试均表明H20已经成功改性成部分端羧基。所以综合考虑,选择顺丁烯二酸酐为改性剂,1,4-二氧六环为溶剂,改性端羟基数目为2,反应2h,得到改性产物为H20-2MA。论文讨论了两种初聚摩尔比异氰酸基/羟基(NCO/OH),分别为5：1和2：1,结果表明初聚摩尔比对初聚体系异氰酸基含量(NCO%)变化速率的影响不是很显著。温度和催化剂对初聚体系NCO%变化速率的影响比较大。温度越高,初聚反应速率越快。加入少量的催化剂二丁基二月桂酸锡(DBTDL),初聚体系NCO%下降明显加快。初聚反应的最佳条件为不添加任何催化剂,反应温度80℃,初聚摩尔比为2：1,初聚反应4h。加入H20-2MA进行预聚反应,用红外检测反应达到终点需要7h。羧基含量、聚醚二元醇种类、中和度和乳化条件等因素都会影响超支化水性聚氨酯乳液粒径和贮存稳定性。羧基含量增加到2.05%时,可以得到均匀稳定且粒径适宜的乳液。聚乙二醇2000(PEG2000)作为聚醚二元醇时得到的乳液呈现微黄色,而使用PTHF2000作为聚醚二元醇,得到的是稳定的乳白色乳液。当中和度为0.7-1.0时,可以得到稳定的且粒径较小的乳液。当温度为30℃左右,容易得到均匀的乳液；当温度过低,预聚体粘度较大,搅拌困难甚至发生凝胶,难以乳化。最终选择PTHF2000作为聚醚二元醇,羧基含量为2.05%,中和度为1.0,乳化温度为30-35℃,制备的超支化水性聚氨酯乳液的粒径为0.082 um,可以稳定贮存6个月以上。采用优化条件制备的超支化水性聚氨酯胶膜的初始热分解温度为260℃,吸水率为7.14%。与文献相比,本文制备的超支化水性聚氨酯的耐水性和耐热稳定性有所提高。
