查尔酮封端光固化水性聚氨酯的制备与性能

作     者：齐晓慧 

作者单位：阜阳师范大学 

学位级别：硕士

导师姓名：董秋静

授予年度：2023年

学科分类：08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

主      题：查尔酮 水性聚氨酯 光交联 荧光 抗菌性 

摘      要：水性聚氨酯(WPU)有着优良的机械性能、弹性性能、耐候性、耐溶剂性等优点,同时也非常环保,在许多领域中都有广泛地应用。目前关于水性聚氨酯改性的研究报道很多,而将光敏性的查尔酮基团引入到水性聚氨酯的报道很少。在本文中将查尔酮引入到水性聚氨酯预聚物的末端,合成光敏性的水性聚氨酯,光固化水性聚氨酯具有固化速度快、常温下即可成膜、环保无污染等优点,期望获得性能优异的光固化水性聚氨酯材料。原料采用异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI),2,2-二羟甲基丙酸(DMPA),聚四氢呋喃醚二醇(PTMG),以二月桂酸二正丁基锡为催化剂,控制反应配比合成了异氰酸酯封端的聚氨酯;接着,采用4-β-羟乙氧基查尔酮(HEOC)进行封端,加入三乙胺中和,加水高速搅拌乳化获得查尔酮封端的光固化水性聚氨酯乳液(CWPU)。通过核磁共振氢谱(H-NMR)、红外光谱(FT-IR)、紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)、液相凝胶色谱(GPC)、示差扫描量热法(DSC)、热重分析(TGA)对CWPU的进行表征。研究了不同种类的光源及光强、配方组成、不同溶剂等对查尔酮封端的光固化聚氨酯光敏性能的影响。结果表明,聚合物CWPU在220℃开始分解,在480℃分解完全。玻璃化温度随着软段单体分子量的增加而降低。不添加光引发剂的条件下,CWPU的乙醇溶液在365 nm紫外光辐照120 min光交联转化率可达到70%。相同的辐照时间,聚合物的薄膜状态光交联反应速率快于聚合物的溶液状态。光照强度越强,光交联转化率越快。不同溶剂对光交联转化率有一定的影响,在溶剂中光交联反应速率:1,4-二氧六环二氯甲烷三氯甲烷四氢呋喃。进一步,将CWPU乳液与环氧丙烯酸酯等混合,通过紫外光照获得光固化膜。结果表明,与未添加CWPU乳液的固化膜比较,添加了CWPU乳液后固化膜的硬度下降,附着力和抗冲击强度都有很大的提高。采用二甲氨基查尔酮(HEO-DMAC)对水性聚氨酯封端,将荧光性的HEO-DMAC基团通过共价键引入到水性聚氨酯中,制备了二甲氨基查尔酮封端的光固化水性聚氨酯(DCWPU)。研究表明:聚合物DCWPU在230℃开始分解,在470℃解分解完全,具有很高的热稳定性。在不添加光引发剂的条件下,DCWPU在紫外光和可见光的辐照下有优异的光敏性,在紫外光的辐照下光交联转化率比可见光辐照的光交联转化率快。DCWPU在483 nm荧光强度很强,随着光照时间的增加荧光强度不断减小。采用琼脂扩散法研究了两种聚合物CWPU、DCWPU的抗菌性能,研究显示两种聚合物对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌都有一定的抗菌性。