发明内容
本发明的目的在于提供一种聚氨酯/端氨基超支化聚合物复合膜的制备方法,该方法简便易行,易于工业化生产,制得的聚氨酯/端氨基超支化聚合物复合膜的吸湿性和透气性好。
为达到上述目的,本发明采用的技术方案包括以下步骤:
1)将摩尔比为1:(1.1~1.5)的N,N-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)与二乙烯三胺(DETA)加入到溶剂N,N-二甲基甲酰胺(DMF)中,在40~80℃下反应8~24h,得到端氨基超支化聚合物;其中N,N-亚甲基双丙烯酰胺和二乙烯三胺的总质量与N,N-二甲基甲酰胺的质量比为1:(1.1~1.5);
2)向聚氨酯原料中加入溶剂N,N-二甲基甲酰胺,配置成固含量为10%~20%的聚氨酯的N,N-二甲基甲酰胺溶液;
3)将端氨基超支化聚合物加入到聚氨酯的N,N-二甲基甲酰胺溶液中,搅拌均匀,得到铸膜液,其中加入的端氨基超支化聚合物与步骤2)中聚氨酯原料的质量比为1:(10~30);将铸膜液在常温下静置脱泡,然后将铸膜液到在基板上,自然流平后烘干,再在室温下放置,得到聚氨酯/端氨基超支化聚合物复合膜。
所述的端氨基超支化聚合物的结构式如下:
其中MBA单元的结构式为:
所述的步骤2)中的聚氨酯原料为聚氨酯固含量为30%~40%的聚氨酯的N,N-二甲基甲酰胺溶液(烟台华大化学工业有限公司提供的6306B干法溶剂型聚氨酯)。
所述的步骤3)中的搅拌速度为800~1500r/min,搅拌至均匀所需的时间为10~30min。
所述的步骤3)中静置脱泡的时间为1~2h。
所述的步骤3)中的基板是聚四氟乙烯玻璃板。
所述的步骤3)中的烘干是在100~150℃的电热鼓风干燥箱中进行的,烘干时间为1~3h。
所述的步骤3)中在室温下放置的时间为12~24h。
所述的步骤3)制得的聚氨酯/端氨基超支化聚合物复合膜的厚度为0.15~0.25mm。
相对于现有技术,本发明具有以下有益效果:
本发明公开了一种聚氨酯/端氨基超支化聚合物复合膜的制备方法,先将N,N-亚甲基双丙烯酰胺和二乙烯三胺加入到溶剂N,N-二甲基甲酰胺中,制备端氨基超支化聚合物,然后向聚氨酯原料中加入溶剂配成聚氨酯的N,N-二甲基甲酰胺溶液,再将端氨基超支化聚合物加入到聚氨酯的N,N-二甲基甲酰胺溶液中得到铸膜液,最后将铸膜液到在基板上烘干,得到聚氨酯/端氨基超支化聚合物复合膜。该方法制备步骤简单易行,设备要求低,反应条件温和,原料廉价易得,易于工业化推广。采用该方法制得的聚氨酯/端氨基超支化聚合物复合膜既具有聚氨酯材料的诸多优良性能,又因添加端氨基超支化聚合物而导致聚氨酯/端氨基超支化聚合物复合膜的组分中亲水基团增多,使制得的聚氨酯/端氨基超支化聚合物复合膜具有良好的吸湿效果,且添加端氨基超支化聚合物后,聚氨酯/端氨基超支化聚合物复合膜内部形成了更多的孔隙,增加了聚氨酯/端氨基超支化聚合物复合膜内部的自由体积,即增加了水分子传递通道,使得聚氨酯/端氨基超支化聚合物复合膜的透湿性更好,将其应用于PU合成革、皮革涂饰剂及纺织品涂层等的生产中,可以提高产品的使用舒适性能。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步详细说明。
实施例1
1)将摩尔比为1:1.1的N,N-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)与二乙烯三胺(DETA)加入到溶剂N,N-二甲基甲酰胺(DMF)中,在70℃下反应24h,得到黄绿色的端氨基超支化聚合物;其中N,N-亚甲基双丙烯酰胺和二乙烯三胺的总质量与N,N-二甲基甲酰胺的质量比为1:1.1;
2)向聚氨酯原料中加入溶剂N,N-二甲基甲酰胺,搅拌均匀,配置成固含量为10%的聚氨酯的N,N-二甲基甲酰胺溶液;其中聚氨酯原料为聚氨酯固含量为30%的聚氨酯的N,N-二甲基甲酰胺溶液(烟台华大化学工业有限公司提供的6306B干法溶剂型聚氨酯);
3)将端氨基超支化聚合物加入到聚氨酯的N,N-二甲基甲酰胺溶液中,以1200r/min的速度搅拌25min至搅拌均匀,得到铸膜液,其中加入的端氨基超支化聚合物与步骤2)中聚氨酯原料的质量比为1:10;将铸膜液在常温下静置2h脱泡,然后将铸膜液到在洁净平整的聚四氟乙烯玻璃板上,聚四氟乙烯玻璃板的尺寸为15×15mm,深度为0.35mm,自然流平后在100℃的电热鼓风干燥箱中进行烘干,烘干时间为3h,再在室温下放置24h,得到厚度为0.25mm聚氨酯/端氨基超支化聚合物复合膜。
实施例2
1)将摩尔比为1:1.2的N,N-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)与二乙烯三胺(DETA)加入到溶剂N,N-二甲基甲酰胺(DMF)中,在80℃下反应8h,得到黄绿色的端氨基超支化聚合物;其中N,N-亚甲基双丙烯酰胺和二乙烯三胺的总质量与N,N-二甲基甲酰胺的质量比为1:1.2;
2)向聚氨酯原料中加入溶剂N,N-二甲基甲酰胺,搅拌均匀,配置成固含量为15%的聚氨酯的N,N-二甲基甲酰胺溶液;其中聚氨酯原料为聚氨酯固含量为32%的聚氨酯的N,N-二甲基甲酰胺溶液(烟台华大化学工业有限公司提供的6306B干法溶剂型聚氨酯);
3)将端氨基超支化聚合物加入到聚氨酯的N,N-二甲基甲酰胺溶液中,以800r/min的速度搅拌30min至搅拌均匀,得到铸膜液,其中加入的端氨基超支化聚合物与步骤2)中聚氨酯原料的质量比为1:15;将铸膜液在常温下静置1h脱泡,然后将铸膜液到在洁净平整的聚四氟乙烯玻璃板上,聚四氟乙烯玻璃板的尺寸为15×15mm,深度为0.3mm,自然流平后在120℃的电热鼓风干燥箱中进行烘干,烘干时间为1.5h,再在室温下放置12h,得到厚度为0.2mm聚氨酯/端氨基超支化聚合物复合膜。
实施例3
1)将摩尔比为1:1.5的N,N-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)与二乙烯三胺(DETA)加入到溶剂N,N-二甲基甲酰胺(DMF)中,在60℃下反应15h,得到黄绿色的端氨基超支化聚合物;其中N,N-亚甲基双丙烯酰胺和二乙烯三胺的总质量与N,N-二甲基甲酰胺的质量比为1:1.5;
2)向聚氨酯原料中加入溶剂N,N-二甲基甲酰胺,搅拌均匀,配置成固含量为20%的聚氨酯的N,N-二甲基甲酰胺溶液;其中聚氨酯原料为聚氨酯固含量为35%的聚氨酯的N,N-二甲基甲酰胺溶液(烟台华大化学工业有限公司提供的6306B干法溶剂型聚氨酯);
3)将端氨基超支化聚合物加入到聚氨酯的N,N-二甲基甲酰胺溶液中,以1500r/min的速度搅拌10min至搅拌均匀,得到铸膜液,其中加入的端氨基超支化聚合物与步骤2)中聚氨酯原料的质量比为1:20;将铸膜液在常温下静置1.5h脱泡,然后将铸膜液到在洁净平整的聚四氟乙烯玻璃板上,聚四氟乙烯玻璃板的尺寸为15×15mm,深度为0.25mm,自然流平后在150℃的电热鼓风干燥箱中进行烘干,烘干时间为1h,再在室温下放置16h,得到厚度为0.15mm聚氨酯/端氨基超支化聚合物复合膜。
实施例4
1)将摩尔比为1:1.4的N,N-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)与二乙烯三胺(DETA)加入到溶剂N,N-二甲基甲酰胺(DMF)中,在40℃下反应20h,得到黄绿色的端氨基超支化聚合物;其中N,N-亚甲基双丙烯酰胺和二乙烯三胺的总质量与N,N-二甲基甲酰胺的质量比为1:1.4;
2)向聚氨酯原料中加入溶剂N,N-二甲基甲酰胺,搅拌均匀,配置成固含量为12%的聚氨酯的N,N-二甲基甲酰胺溶液;其中聚氨酯原料为聚氨酯固含量为40%的聚氨酯的N,N-二甲基甲酰胺溶液(烟台华大化学工业有限公司提供的6306B干法溶剂型聚氨酯);
3)将端氨基超支化聚合物加入到聚氨酯的N,N-二甲基甲酰胺溶液中,以1000r/min的速度搅拌20min至搅拌均匀,得到铸膜液,其中加入的端氨基超支化聚合物与步骤2)中聚氨酯原料的质量比为1:30;将铸膜液在常温下静置2h脱泡,然后将铸膜液到在洁净平整的聚四氟乙烯玻璃板上,聚四氟乙烯玻璃板的尺寸为15×15mm,深度为0.35mm,自然流平后在140℃的电热鼓风干燥箱中进行烘干,烘干时间为2.5h,再在室温下放置20h,得到厚度为0.25mm聚氨酯/端氨基超支化聚合物复合膜。
图1为PU膜和HBP-NH2/PU复合膜放大350倍的横切面SEM图。可以看出两种膜的微观结构存在明显差异。PU膜较平整致密,几乎看不到孔隙,而HBP-NH2/PU复合膜中存在明显的孔洞。PU膜的透湿过程为:膜中含有的亲水性基团首先与散发出的水蒸汽以氢键的形式结合,在膜内外两侧水蒸汽压差的推动下,水蒸汽分子沿着分子链间隙传递到膜另一侧,从而达到透湿的目的。而HBP-NH2/PU复合膜其内部形成更多的孔隙,增加了膜内部的自由体积,即增加了水分子传递通道,从而使得膜的透湿性更好。
图2是HBP-NH2、PU膜及HBP-NH2/PU复合膜的红外光谱图,红外光谱是研究聚合物间氢键作用的强有力工具,氢键作用使吸收峰向低波数移动,作用越强,频率(或波数)相对变化越大。图2中a、b、c分别是HBP-NH2、PU膜及HBP-NH2/PU复合膜的红外光谱图,在3200cm-1~3400cm-1处的峰均为N-H的伸缩振动峰,1600cm-1~1750cm-1附近的峰归属于酰胺—C=O的特征吸收峰。从结构上分析,HBP-NH2分子中的N-H及氨酯键的N-H为质子给予体,而质子受体则是PU及HBP-NH2中的—C=O,对比PU膜及HBP-NH2/PU复合膜的谱图发现,N-H的伸缩振动峰由3329.57cm-1处移至3326.29cm-1处,且1730cm-1处酰胺—C=O特征吸收峰峰强度减弱,由此可见聚氨酯(PU)与HBP-NH2分子间存在一定的氢键作用。将两个单一成分HBP-NH2和PU膜与HBP-NH2/PU复合膜的图谱进行比较发现,相近的峰有一定的叠加,但没有新的特征吸收峰出现,说明PU与HBP-NH2主要是以物理共混的方式存在,大分子间产生了一定的氢键作用。
表1PU膜和HBP-NH2/PU复合膜的卫生性能和力学性能对比
从表1可以看出,HBP-NH2/PU复合膜的吸湿率和透湿性均明显大于PU膜,PU膜的透湿机理是膜中的亲水基团首先与水蒸汽以氢键的形式结合,然后在膜内外两侧水蒸汽压差的推动下,水蒸汽分子利用大分子热运动形成的瞬间空隙传递到膜另一侧,扩散到周围环境中。HBP-NH2/PU复合膜中均匀分散的HBP-NH2分子中含有大量的活性亲水基团,这些活性基团能以氢键的形式与水结合,增加膜的吸水率。同时,HBP-NH2/PU复合膜中HBP-NH2和PU两相存在一定的相分离,在薄膜内形成了均匀的孔隙,增加了膜内部的自由体积,即增加了水分子传递的通道,从而提高了膜的透湿性。HBP-NH2/PU复合膜的断裂强力、断裂伸长率有所下降,但幅度不大。这是因为HBP-NH2分子进入PU内,破坏了PU软段与硬段间的氢键作用,而且HBP-NH2/PU复合膜的两组分产生的相分离形成了孔隙,也使得膜的力学强度降低。但是,HBP-NH2/PU复合膜体系中两组分间的氢键作用又保证了HBP-NH2/PU复合膜的力学性能降低幅度不大,所以,力学性能有所降低的HBP-NH2/PU复合膜仍能满足其应用要求。