摘要
聚氨酯(PU)材料通常具有较高强度和韧性，作为一种通用材料得到广泛应用。通过聚氨酯分子设计，制备高性能水性聚氨酯(WPU)分散体，使其兼具环保和高性能特征，相关研究结果对胶粘剂、涂料等领域具有重要的价值。本论文分别设计并应用芳香二胺和对芳酰胺二胺作为水性聚氨酯的扩链剂，通过共聚中引入芳香脲结构，配合软硬段单体优化和扩链工艺设计，实现成膜后具有高强度和高韧性的WPU的合成;系统研究制备条件、扩链单体对WPU成膜后的微观结构和性能的影响;所得水性聚氨酯用于对芳纶织物和铝合金板表面，均表现出良好的粘接性能。论文的主要内容如下: 1.芳香二胺共聚改性WPU:将二乙基甲苯二胺(DETDA)作为WPU的扩链单元，通过两步扩链.后分散的方式引入聚氨酯体系。研究了亲水单体用量、R值、软硬段比例对WPU分散体及成膜性能的影响。结果表明:亲水单体用量为5～6％的条件下，所得分散体粒子大小均一，较为稳定;R值为1.2时，分散体稳定性及成膜机械性能较好;当异氰酸酯和多元醇比例在3.5/1-4.5/1的范围以内，WPU膜表现出良好的力学性能，拉伸强度和断裂能达到最大值，分别为51MPa和195.9MJ·m-3，断裂伸长率在1000％以上，吸水率降至10％以下。 在此基础上，用FTIR确认了共聚产物结构，系统研究了DETDA用量的影响，发现在DETDA用量在≤5％的条件下，都可以得到稳定的WPU分散体，室温贮存稳定期在一年以上。随着DETDA用量的增加，粒径从57nm增加到86nm;动态力学分析(DMA)结果表明，芳香脲共聚结构的形成会促进WPU膜的微相分离;拉伸实验结果表明，拉伸强度和模量同时增长，强度最大可达59MPa，增加近300％，断裂能也随之持续增加，最大为251.3MJ·m-3;同时断裂伸长率保持在1000％以上。DETDA的引入同样对膜致密性和透光性有提升作用，当芳香二胺的用量≥3％的时候，吸水率降至5％以下，水白性得到明显改善。柔性芳纶层压织物被广泛应用于个体防护装备等领域。将制备的WPU用于柔性芳纶织物连接料，对涂胶工艺和DETDA的影响进行了研究，当使用二次涂胶工艺，压力为3MPa，120℃热压60s，DETDA用量为2％时，剥离强度达到最大，为7.64N·cm-1。 2.对芳酰胺二胺共聚改性WPU:用4，4'-二氨基苯酰替苯胺(DABA)作为中和前的扩链单体将对芳酰胺.脲结构引入水性聚氨酯主链，用FTIR和1HNMR确认了共聚产物结构。在DABA用量在≤4％时，中和后的PU在水中分散后转化为稳定的分散体。所得WPU用于成膜。随着DABA用量的增加，红外分峰结果说明了WPU膜中氢键化程度的增加;DMA结果表明，这种氢键化程度的增加促进了硬段与软段的微相分离。刚性结构的引入和微相分离程度的提高使WPU膜的机械强度大大增强，同时原有的高延展性的特点基本保持。在DABA用量为4％条件下的WPU膜拉伸强度达到73MPa，断裂伸长率达到～1250％左右，断裂能达到371.5MJ·m-3，24h的吸水率低至3％。在紫外光的激发下，薄膜发出明亮的蓝色荧光。用于芳纶平织布粘接，也有较好的效果，最大剥离强度为3.53N/cm-1。除此以外，所得WPU还可以用于铝合金材料表面粘接，所制备的粘接面积为25mm×50mm的粘接件可以承受27.5kg(约269.5N)的剪切拉力。
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