聚氨酯（PU）乳液以水為分散介質(zhì)，具有對環(huán)境無污染、不燃、成本低等特點，在涂料和膠粘劑領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。制備水性聚氨酯所用的原料一般包括低聚物多元醇，異氰酸酯，擴鏈劑，成鹽劑，水和有機溶劑，乳化劑等。PU 乳液的組成和結(jié)構(gòu)與性能有密切關(guān)系，其影響因素包括異氰酸酯種類，多元醇種類及其分子量大小，親水單體（主要是 DMPA）的種類及用量，中和度，NCO/OH 投料比，交聯(lián)度等等。

      因此了解 PU 乳液組成對乳液的開發(fā)和應(yīng)用具有重要意義。有關(guān)水性聚氨酯的應(yīng)用與研究進(jìn)展的文獻(xiàn)不少，但有關(guān)其組成成分的分析方法的文獻(xiàn)非常少，有的文獻(xiàn)研究過不同軟段聚氨酯的紅外分析，環(huán)氧改性聚氨酯的結(jié)構(gòu)分析與表征等等，但都不是對樣品的全剖析。本文采用多種分析儀器綜合分析方法，對水性聚氨酯乳液進(jìn)行各組分的定性定量分析方法探討，目前在相關(guān)文獻(xiàn)中未看到類似報道。其大致分析流程如圖 A：

1 試驗部分

1.1 主要儀器與材料

      液相色譜 - 質(zhì)譜聯(lián)用儀 Alliance2695-LC/ZQ4000 （Waters, USA）； 氣 相 色 譜 - 質(zhì) 譜 聯(lián) 用 儀HP6890/5970（Agilent, USA）；核磁共振波譜儀 Avance400（Bruker, Germany）；傅立葉變換紅外波譜儀 AVATAR370（Nicolet, USA）；氣相色譜 GC3010（Shimadzu JP）；凝膠色譜儀 Dvp（Shimadzu JP）；水性聚氨酯乳液樣品: 合肥恒天新材料科技公司產(chǎn)品。

2 結(jié)果與討論

2.1 紅外光譜（IR）和凝膠色譜（GPC）分析

      將樣品均勻涂膜在干凈玻璃片上，放入真空干燥箱內(nèi)在 50℃ 條件下烘干 2h 備用。去除溶劑后樣品采用溴化鉀壓片方法做紅外光譜分析；將樣品用四氫呋喃溶解成 0.5%濃度樣品溶液，經(jīng)針頭過濾器過濾后做凝膠色譜分析。從紅外光譜圖（見圖 1）上主要吸收峰表明：3372cm-1 是氨基 VN-H 的吸收峰；1731 cm-1 是氨基中的 VC=O 的吸收峰；1539 cm-1 是氨基的變形振動峰；1257 cm-1 處是氨酯基的 VC-O-C 伸縮振動峰，這些特征峰表明氨酯鍵存在。2926cm-1;1463cm-1 是 -CH2- 的吸收峰。1162cm-1 吸收峰表明可能是聚酯型聚氨酯。另外凝膠色譜對該樹脂進(jìn)行了分子量及分布分析 （Mn ＝4693；Mw ＝26496；Mw/Mn=5.65）,見圖 2。

2.2 聚氨酯乳液的溶劑分析

      水是水性聚氨酯的主要介質(zhì)，但在聚氨酯乳液制備中，有時預(yù)聚體粘度很大，以致不能有效分散，從而得不到穩(wěn)定的乳液，因此適當(dāng)加入有機溶劑來降低粘度以利于分散。對其溶劑分析可以了解乳化的方法。

      用甲苯溶解成合適濃度樣品，以針頭過濾器過濾后做氣相 - 質(zhì)譜分析，可判定出該樣品中有丙酮。然后以正己烷為內(nèi)標(biāo)（重量與樣品中丙酮含量大致相當(dāng)），用甲苯為溶劑，用氣相色譜的峰面積和相對校正因子，進(jìn)行丙酮的定量分析。最后用測定的樣品固含量，定量出溶劑中水和丙酮的比值。

2.3 水性聚氨酯組成分析

2.3.1 異氰酸酯種類的分析

     采用乙醇胺（MEA）降解方法。取適量樣品（已去除溶劑）于玻璃試管中，用四氫呋喃將樣品充分溶解后加入乙醇胺和少量沸石，加熱沸騰 2h 并冷凝回流。取上述反應(yīng)液做 GC-MS 分析。分析結(jié)果是該樣品中含有異佛爾酮二異氰酸酯（IPDI） 。

2.3.2 多元醇種類的分析

      采用皂化（KOH/EtOH）降解方法，目的是分析聚酯中多元醇和多元酸。取適量樣品（已去除溶劑）于玻璃試管中，用四氫呋喃將樣品充分溶解后，然后加入 1M KOH 乙醇溶液和少量沸石，在 90℃油浴加熱 2h 并冷凝回流。反應(yīng)液分固體 （多元酸的鉀鹽）和液體兩部分（多元醇），液體部分用濃鹽酸中和至中性，經(jīng)針式過濾器過濾后作 GC-MS 分析（必要時需作?；磻?yīng)），固體部分烘干后進(jìn)行酯化反應(yīng)，反應(yīng)后的溶液用正己烷萃取后作 GC-MS 分析。分析結(jié)果該樣品中含有丁二醇（1,4 BG） 和己二酸（1,6 AdA） 。

2.3.3 親水性擴鏈劑的分析

      由于在對樣品進(jìn)行表面活性劑分析時，發(fā)現(xiàn)樣品中不含乳化劑，只看到了成鹽劑三乙胺，所以判定這種水性聚氨酯一定含有親水性擴鏈劑，為此對上述皂化后的液體部分，中和后取上清液并蒸發(fā)溶劑，硅烷化衍生反應(yīng)后作 GC-MS 分析，確定該樣品中所用的擴鏈劑是 2，2 二羥甲基丙酸（DMPA） 。

2.4 水性聚氨酯中各成分的定量分析

      用傅立葉變換 - 核磁共振波譜對樣品中樹脂成分進(jìn)一步確認(rèn)，從核磁共振譜圖上的主要吸收峰表明：氫 譜 δ=4 . 1ppm 和 δ=1 . 68 ppm 及 碳 譜δ=63.7ppm， δ=25.2ppm 屬于 1,4-BG 中 -O-CH2-C-C-CH2-O,O-C-CH2-CH2-C-O 峰；氫 譜 δ=2 . 3ppm 和 δ=1 . 66 ppm 及 碳 譜δ=33.7ppm， δ=24.2ppm 屬于 1,6-AdA 中 -OCCH2-C-C-CH2-CO-;-OC-C-CH2-CH2-C-CO- 峰；碳譜 δ=8.5ppm 屬于 DMPA 的 CH3 峰；碳譜 δ=157.0ppm； δ=155.8ppm 屬于樹脂中IPDI 氨基甲酸酯中羰基峰；碳譜 δ=160ppm； δ=159ppm 屬于樹脂中 IPDA 脲基峰；碳譜 δ=173.1ppm 屬于聚酯多元醇中羰基峰。

      從 C-NMR 和 H-NMR 光譜分析，更進(jìn)一步證明該樣品是聚酯型聚氨酯，見圖 3，圖 4。由核磁定量碳譜吸收峰的峰面積數(shù)值進(jìn)行定量分析，各成分定量譜峰已在定量碳譜圖中所標(biāo)示。綜合以上步驟分析，表明該水性聚氨酯乳液應(yīng)為陰離子型聚氨酯乳液，是由聚酯二元醇，異佛爾酮二異氰酸酯及含羧基的二羥基化合物生成聚氨酯預(yù)聚體后，在水中乳化形成的。水性聚氨酯乳液剖析最后結(jié)果為：固含量為 50% ；溶劑含量為 50%，其中水占 17%和丙酮占 33%；中和試劑是三乙胺；樹脂分子量：數(shù)均Mn＝4693，重均 Mw＝26496，Mw/Mn=5.65；樹脂組成：IPDI/IPDA/AdA/1,4BG/DMPA= 5.7/2.7/43/45.3/3.3（摩爾百分比）.

3 結(jié) 論

      本文用多種分析儀器和分析手段，探討了水性聚氨酯乳液各組分的定性定量方法，為分析這類物質(zhì)提供另一種思路。分析結(jié)果表明該水性聚氨酯乳液應(yīng)為羧酸型陰離子聚氨酯乳液，是由聚酯二元醇，異佛爾酮二異氰酸酯及含羧基的二羥基化合物（DMPA）生成聚氨酯預(yù)聚體，然后用丙酮溶解預(yù)聚體后在水中乳化形成的，并對聚氨酯乳液中樹脂和溶劑成分進(jìn)行了定量分析，凝膠色譜對該樹脂進(jìn)行了分子量及分布分析，為水性聚氨酯乳液的開發(fā)和研究提供一定的技術(shù)支持。

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