聚酰亚胺改性超支化水性聚氨酯的研究

程朝，张博晓，肖利吉，喻春函，易昌凤，徐祖顺

（湖北大学，功能材料绿色制备与应用教育部重点试验室，武汉 430062）

摘要:

以4，4’-（4，4’-异丙基二苯氧基）双（邻苯二甲酸酐）（BPADA）与4，4’-二氨基二苯醚（ODA）为原料制备端基为氨基的线型聚酰亚胺（PI）。以甲苯二异氰酸酯（TDI）、聚碳酸酯二醇（PCDL）、2，2’-二羟甲基丙酸（DMPA）、聚酰亚胺（PI）为原料制备了聚酰亚胺改性水性超支化聚氨酯（WHBPU-PI）。利用红外光谱（FT-IR）、热重分析法（TGA）、差示扫描量仪（DSC）、粒径分析（PCS）、稳定性测试、吸水率试验、力学测试等表征了WHBPU-PI的结构与性能。结果表明，合成的WHBPU-PI具有良好的贮存稳定性、耐水性、耐热性及力学性能；PI的引入使得WHBPU的热力学性能和耐水性均显著提高。

关键词：

水性；超支化聚氨酯；聚酰亚胺

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引言

聚氨酯（PU）是在其分子链中含有重复氨基甲酸酯基团的一系列共聚物，可广泛应用于涂料、胶黏剂、纺织品处理等领域。PU涂料具有成膜能力强、柔韧性好、附着力好、耐磨性好、耐溶剂性和耐老化性好等众多优异性能。由于环保要求越来越严格，需要将挥发性有机溶剂最小化，水性聚氨酯（WPU）分散体已经受到越来越多的关注，并逐渐取代传统的溶剂型聚氨酯产品。引入亲水性扩链剂，如2，2’-二羟甲基丙酸（DMPA），在预聚合阶段期间，可将聚氨酯从基于溶剂型的分散体转变为水性分散体，这对环境保护具有很大的意义。因为水性聚氨酯使用水作为溶剂或分散剂是非常环保的，不仅保留聚氨酯在有机溶剂中的主要性质，而且还增加了独特的性质如低黏度、高相对分子质量、无毒、无污染、成本低、适用性好、安全性好等。

大部分阴离子型WPU都存在含固量低、蒸发潜热高、固化成膜周期长、耐水、耐温等性能较差等问题。国内外的研究者们为了解决这些问题，做了大量的研究工作，但绝大部分研究成果只针对性的解决某一方面的问题，而无法综合改善上述缺点。众所周知，耐高温聚酰亚胺工程塑料具有很多其他工程塑料所没有的性能：耐高温、耐腐蚀、自润滑、低磨耗、力学性能优异等，广泛应用在航空、航天、微电子、纳米、液晶、分离膜、激光等领域。

本研究中，首先制备端基为氨基的线型聚酰亚胺（PI），再在水性超支化聚氨酯制备过程中引入PI，制备出聚酰亚胺改性水性超支化聚氨酯（WHBPU-PI）。通过在超支化聚氨酯分子主链上接入耐高温的聚酰亚胺结构，可以显著改善阴离子型水性超支化聚氨酯的热稳定性能和物理性能。

1试验部分

1.1试验原料及处理

1.2线性聚酰亚胺（PI）的合成

取4，4’-（4，4’-异丙基二苯氧基）双（邻苯二甲酸酐）（BPADA）于反应瓶中，并加入NMP， 40 ℃下搅拌溶解至均一溶液，然后加入4，4’-二氨基二苯醚（ODA），在120 ℃下反应3 h，然后在180 ℃下反应24 h，冷却到室温后即可得到端基为氨基的聚酰亚胺溶液。

1.3 聚酰亚胺改性水性超支化聚氨酯的制备

取一定量的聚碳酸酯二醇加入装有机械搅拌器、回流冷凝管并通有N

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的四口瓶中，然后将上述合成的聚酰亚胺（PI）溶液与DMPA按比例加入四口瓶，80 ℃的条件下，将上述原料搅拌均匀；然后将一定量的TDI加入四口瓶中，并加入催化剂二月桂酸二丁基锡，在此条件下反应3 h，即可得到A2大分子单体。

将B

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单体三元醇加入四口瓶中，继续反应4 h，加入一定量的丙酮稀释黏度。然后将三乙胺加入四口瓶中并调节pH=8左右，随后加入一定量的水调节固含量，旋蒸除去丙酮即得到聚酰亚胺改性水性超支化聚氨酯。

1.4结构表征和性能测试

1.4.1红外光谱分析（FT-IR）

红外光谱由美国Perkin Elmer公司生产的Spectrum One型傅立叶变换红外光谱仪测试得到。将样品直接涂在KBr薄片上干燥后测试。

1.4.2贮存稳定性

将制得的水性超支化聚氨酯，存放于玻璃瓶中，静置一段时间，观察乳液是否有析出，是否有沉淀，震荡后是否可以重新分散。

1.4.3 耐水性分析

超支化聚氨酯树脂的耐水性，由树脂膜的吸水率间接表征，方法如下：将烘干的超支化聚氨酯树脂膜称量后，放入去离子水中，4 h后取出，拭干树脂膜表面的水分后称量，并记录质量，按照公式计算吸水率。

1.4.4动态光散射分析（PCS）

水性超支化聚氨酯的粒径由英国 Malvern 公司生产的ZS90动态光散射扫描仪测试得到。比色皿为四面通透型比色皿....