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干货环保+成本优势——带你走近硅改性水性聚氨酯

发布时间:2018-12-06 23:17 类别:聚二甲基硅氧烷

  原题目:干货环保+成本劣势——带你走近硅改性水性聚氨酯

  以水作为分离介质,节约能源、无污染,合适环保要求。水性聚氨酯对基材有着极高的附出力,固化的漆膜耐侵蚀性、耐化学机能优异,涂膜收缩率小、硬度高、耐磨性好、电断气缘机能优异,具有极高的物理和耐化学机能。普遍用于纺织、皮革、涂层及粘附剂等范畴。

  近年,跟着国表里对情况庇护的要求越来越高,WPU的研究及工业化也越来越遭到科研人员和企业的注重。可是,因为WPU主链中含有亲水侧基,构成薄膜当前,仍具有必然的亲水性,而且WPU大大都是线型聚合物,相对分子质量较低,因而,其耐水性、耐溶剂性和机械机能较差。

  针对WPU具有的问题,科研工作者提出了分歧的改性方式,好比,环氧丙烯酸酯改性、聚硅氧烷改性、氟改性等。考虑到氟价钱高贵,且全氟聚醚在天然界中不克不及降解,在生物体内发生的累积效应限制了其使用范畴,无机硅具有廉价易得的劣势,因而,硅烷偶联剂、聚硅氧烷、纳米硅材料等常作为添加剂改善WPU的机能。

  聚二甲基硅氧烷改性WPU

  聚二甲基硅氧烷(PDMS)主链由Si-0键形成,以甲基为侧基,具有低概况能、高热不变性和可见光区域高通明度等特征。因而,在改善WPU薄膜的耐水机能、热不变性等方面具有显著的感化。常见的聚二甲基硅氧烷(PDMS)改性WPU能够分为嵌段改性和接枝改性两种体例。

  一、嵌段改性

  聚二甲基硅氧烷嵌段改性水性聚氨酯(BWPU)是最为常见的一种改性体例,凡是采用双端羟基(HO-PDMS)或双端氨基(NH2-PDMS)聚二甲基硅氧烷共同其他多元醇作为软段制备WPU。一般环境下,羟基的反映活性较低,反映过程易于节制,而氨基的反映活性较高,反映猛烈,容易发生爆聚。可是NH2-PDMS和聚氨酯硬段的相容性比HO-PDMS好,所得的复合材料概况更滑腻、力学机能更好。

  图1:嵌段改性

  二、接枝改性

  对于嵌段改性的WPU,PDMS位于聚氨酯主链上,链段活动容易遭到限制,从而妨碍其向材料概况迁徙,这就导致需要添加较多的改性剂才能达到较好的防水结果。采用单端双羟基的PDMS,能够将PDMS吊挂于WPU主链上,获得接枝改性水性聚氨酯(GWPU)。如许能够提高PDMS的活动能力,使其自在地向薄膜概况迁徙,在添加量较少的环境下,提高薄膜概况的防水机能。

  仅采用PDMS单一改性WPU,一般对聚氨酯薄膜的耐油性没有较着的提高感化,且会影响薄膜的力学机能。因而,常采用无机氟或丙烯酸等助剂协同改性WPU,以期获得分析机能较好的薄膜。

  图2:接枝改性

  硅烷偶联剂改性WPU

  硅烷偶联剂一般由含有官能团的碳主链非水解基团和Si-O-R等可水解基团两部门构成,此中Si-O-R基团颠末水解缩聚可在分子链间构成-Si-O-Si-的交联合构,对WPU的力学机能带来极大的改良。比拟于PDMS改性WPU,硅烷偶联剂可在提高WPU防水机能的同时,提高其力学机能。

  一、结尾改性

  3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)是最为常用的硅烷偶联剂,因为其布局中只要一个氨基,在反映过程中,间接将聚氨酯预聚体封端,从而影响聚氨酯的相对分子质量及其分布。因而,其添加量对聚氨酯机能的影响不断是研究的一个热点。如图3、图4采用APTES改性超支化WPU,交联度越高的产品其概况水的接触角越高,吸水率越低。

  图3:超支化HBP-12的合成路线:APTES改性超支化WPU的布局

  二、侧链改性

  考虑到APTES只要单个氨基作为反映性基团,在提高其添加量的同时会形成预聚体封端,从而影响最终产品的相对分子质量,降低材料的机械机能,科研工作者测验考试利用其他硅烷偶联剂填补这一错误谬误。Fu等通过3-巯基丙基三甲氧基硅烷(MPTS)和蓖麻油(CO)之间的巯基-烯点击反映合成了新型硅烷化蓖麻油(MSCO),将其用作功能性多元醇以制备一系列生物基聚水性氨酯/硅氧烷(SiPU)杂化涂层。MSCO将动物油和硅烷相连系,获得了一种具有硅烷长处的新型多元醇,其提高了硅烷的相容性,使得硅烷的引入更便利,同时简化了试验步调,节流了费用。

  与没有MSCO的蓖麻油基涂料比拟,SiPU薄膜交联密度更大,表示出更好的机械机能和热机能,耐水性也有很大提高。

  三、协同其他无机硅改性

  AATS,GPTMS,TEOS等其他无机硅作为次要的硅供体协同改性,对材料的疏水机能具有较大的改善,能够扩大材料在金属材料防腐方面的使用

  四、增容改性

  WPU基体中达到较好的分离结果。POSS改性WPU

  可使WPU具有优良的力学机能,甚至抗原子氧化性、耐烧蚀性、阻燃性等。

  Chen等用APTMS和氨基丙基异丁基POSS(ALPOSS)配合改性WPU。试验成果表白:含有ALPOSS纳米晶体的的引入能添加其微相分手层度,添加了其交联合构 ,2种配合感化使复合膜的强度、模量和韧性都获得极大的提高,而且还获得了概况疏水、低介电常数和损耗的长处;除此之外POSS在高温下极其不变,不易燃烧、氧化、分化,这些使得聚氨酯的优同性能能在很宽的温度范畴内连结优良。

  WPU外,由四乙氧基硅烷(TEOS)前驱体系体例备的纳米二氧化硅胶体或者商等第纳米二氧化硅粉末也常作为添加剂改善WPU的机械机能等。

  Mills等用分歧含量的SiO2纳米粒子(0、5%、10t%)与WPU共混,并在分歧温度下固化构成复合涂层。试验成果表白:5%含量的SiO2纳米粒子能在WPU乳液平分散优良,且高温固化后能构成了稠密的交联网状布局。坚硬的SiO2纳米颗粒的掺入和其导致的收集布局的构成使涂层表示出优良的耐磨性,其耐水性也有很大的改善。除此之外,Si-O-Si收集布局导致涂层的阻隔性和绝缘性提高,使其耐紫外性和耐电化学侵蚀性显著加强。

  Fan等别离用四乙氧基硅烷(TEOS)、甲基三乙氧基硅烷(MTES)和四乙氧基硅烷(TEOS)在WPU分离体中水解缩合制备聚氨酯/硅杂化物(PSH),并将其引入WPU乳液中制备复合乳液。试验成果显示:用TEOS和MTES作为前体系体例备PSH,复合乳液粒径粒径更小,能更不变的具有。

  纳米黏土改性WPU

  Peng等通过IPDI润色凹凸棒土(AT)从而对WPU进行改性,制得WPU/AT复合材料。试验成果表白:对AT无机化处置能提高无机和无机的相容性,使其平均地分布在WPU基质中,且功能化的AT与基质间有强烈的彼此感化,使得复合材料的拉伸强度、断裂伸长率和热不变性获得极大提高,而且由于功能化的AT与聚氨酯间有安稳的化学键毗连,其高机能特机能在严格前提下长时间连结。

  Ning Hao等通过MAPTS和质子化的KH-550来改性黏土制备无机蒙脱土分离体(MMT),将其与紫外光固化蓖麻油基WPU间接夹杂制备复合材料。硅烷偶联剂起到了插层剂的感化,将MMT层间的金属离子互换出来,扩大了层间距离,使聚氨酯基底能较容易的插入到MMT层间,改变了其亲水疏油的特征,使两者相容较好,且有强烈的分子间连系力毗连。这些使得其制备了一个分离平均层状复合材料,当无机蒙脱土添加仅为为5.0%时,就能付与复合胶乳较好好的热不变性和机械机能,其层状材料的阻隔性也使得在耐水、阻燃、耐紫外等方面有了较着提高。

  硅改性WPU瞻望

  通过含硅物质改性WPU,不只可以或许保有其低VOC和绿色环保的特点,还能对其耐水性、耐热性、机械机能等带来提高,所以近年来成长十分敏捷。在工业使用方面,尽量选用低成本的无机硅原料,采用简洁方式改性其与WPU的相容性变得尤为主要;在生物医用方面,选用高生物基无机硅原料,进一步降低毒性、添加生物相容性是当前要务。

  跟着市场对环保的要求越来越高,石油的储量越来越少,将来WPU的原料来历向着可再生资本的标的目的成长。以蓖麻油为代表的动物油衍生物作为多羟基供体,或以其他聚合物分化收受接管的多元醇为原料,添加其他助剂如石墨烯、含氟单体等协同改性制备WPU将会将来的研究标的目的之一。

  硅材料改性水性聚氨酯的研究进展,华侨大学学报(天然科学版),许军凯等

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