硅烷封闭含酮羰基水性聚氨酯的制备及交联固化行为研究

本项目采用含酮羰基的二元醇作为聚氨酯合成过程中的扩链剂，采用有机硅氧烷封端改性水性聚氨酯，制得硅烷封闭含酮羰基聚氨酯乳液。从分子水平上确定聚氨酯乳液的结构特征（化学组成、乳液胶束粒子尺寸及其分布、电荷密度、交联反应、活性基团含量等）与聚氨酯固化膜性能的函数关系，通过分子结构设计对水性聚氨酯进行交联度的控制。同时阐明硅烷封闭含酮羰基聚氨酯乳液的成膜作用机理和交联固化行为；建立高稳定性的硅烷封闭含酮羰基聚氨酯乳液的制备方法和固化动力学。研究这类酮肼交联及硅烷水解缩合交联双重改性水性聚氨酯的合成过程、结构-性能相关性，研究水性聚氨酯固化过程中的流变行为、微结构变化及热焓的变化，为室温自交联水性聚氨酯涂料的研制提供应用基础和理论基础。

传统的水性聚氨酯由于分子结构的限制使其涂膜的力学性能、耐水性、耐溶剂性等相关性能不足，限制了其应用。交联结构可赋予水性聚氨酯材料更好的力学性能及耐水、耐溶剂性。本项目采用含酮羰基的二元醇作为聚氨酯合成的扩链剂，采用有机硅烷偶联剂改性水性聚氨酯，制得一系列硅烷封闭含酮羰基聚氨酯乳液。讨论了酮肼交联及硅烷水解缩合交联反应对聚氨酯乳液及膜性能的影响。本项目通过硅氧烷水解缩合交联以提高聚氨酯薄膜的硬度、耐水性和耐溶剂性。同时由于在聚氨酯中引入了活性酮羰基，成膜时加入含肼基化合物，利用酮肼交联反应以进一步提高水性聚氨酯的分子量、交联度，从而提高水性聚氨酯的物理化学性能。本项目从分子水平上确定聚氨酯乳液的结构特征（化学组成、乳液胶束粒子尺寸及其分布、电荷密度、交联反应、活性基团含量等）与聚氨酯固化膜性能的相互关系，通过分子结构设计对水性聚氨酯进行交联度的控制。同时阐明硅烷封闭含酮羰基聚氨酯乳液的成膜作用机理和交联固化行为；建立了高稳定性的硅烷封闭含酮羰基聚氨酯乳液的制备方法。研究了这类双重交联改性水性聚氨酯的合成过程、结构-性能相关性，研究水性聚氨酯涂膜固化过程中的流变行为、微结构变化及热降解性能的变化，探讨了水性聚氨酯的交联固化机理，为室温交联水性聚氨酯涂料的研制提供了应用基础和理论基础。本项目利用自制的硅烷封闭含酮羰基聚氨酯乳液为主要成膜组分，设计水性涂料，研究了水性涂膜的化学组成与产品性能的相关性。主要研究水性聚氨酯涂膜的物理机械性能和耐水、耐溶剂性能等。制备的水性聚氨酯体系是双重交联改性聚氨酯微乳液，兼具室温自交联体系和双组份体系的优点。自交联过程发生在成膜过程中，在干燥和水分流失的过程同时进行化学交联作用，生成空间网状结构，达到与溶剂型涂料相媲美的交联度和分子量。该聚氨酯乳液作为水性涂料应用于纸张表面，其对纸张的增强增韧作用明显，可作为纸张表面施胶增强剂使用。