论文总字数：20025字

摘 要

水性聚氨酯(WPU)以水为分散介质，具有无毒、安全、无污染等优点，研究其可生物降解性对缓解能源危机和环境污染具有非常重要的意义和应用前景。本文以蓖麻油，聚己二酸-1，4-丁二醇酯二醇（PBA），异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)，二羟甲基丙酸(DMPA)，1,4-丁二醇(BDO)等为原料，采用丙酮法合成了水性聚氨酯乳液。然后，在乳液中加入淀粉水溶液，制得淀粉基可生物降解水性聚氨酯。考察不同淀粉含量对水性聚氨酯的力学性能、生物可降解性、耐老化性能、耐溶剂性、耐水性的影响。结果表明：在水性聚氨酯中加入淀粉，显著提高了其在土壤和猪胰蛋白酶溶液中的可降解性，同时也赋予了材料良好的力学性能，耐湿热、耐盐雾老化性能。

关键词：水性聚氨酯 淀粉 可生物降解性 耐老化 耐水性

Preparation of biodegradable waterborne polyurethane

Abstract

Waterborne polyurethane(WPU) has the advantages of non-toxic, safety, non-pollution and so on, taking water as the dispersion medium. It has very important significance and application prospects to study on its biodegradability for alleviating the energy crisis and environmental pollution. In this paper, waterborne polyurethane emulsion was prepared with polyester diol, isophorone diisocyanate(IPDI), dimethylol propionic acid(DMPA) , 1,4-butanediol(BDO) et al as raw materials by acetone method. Then, a starch aqueous solution was added to the emulsion to prepare a starch-based biodegradable aqueous polyurethane. The effects of different starch contents on the mechanical properties, biodegradability, aging resistance, solvent resistance and water resistance of waterborne polyurethane were investigated. The results showed that the addition of starch to the waterborne polyurethane significantly improved its biodegradability in soil and porcine trypsin solution, and also gave good mechanical properties, wet heat resistance and salt aging resistance.

Keywords: Waterborne polyurethane; starch; Biodegradability; Resistant to aging; Water resistance

目 录

摘 要 Ⅰ

Abstract Ⅱ

第一章 文献综述 1

1.1 引言 1

1.2 水性聚氨酯概述 2

1.2.1 水性聚氨酯的分类 2

1.2.2 水性聚氨酯的制备过程 2

1.2.3 水性聚氨酯的制备方法 2

1.2.4 水性聚氨酯的改性 3

1.2.5 可生物降解水性聚氨酯 4

1.3 可生物降解水性聚氨酯的制备原料 4

1.4 本文研究的内容及实验的目的和意义 5

1.4.1 实验研究内容 5

1.4.2 试验的目的和意义 5

第二章 实验部分 7

2.1 实验原料与仪器设备 7

2.1.1 实验原料 7

2.1.2 实验仪器 8

2.2 实验原理 8

2.2.1 水性聚氨酯的合成步骤 9

2.2.2 水性聚氨酯的合成原理 9

2.3 实验操作 10

2.3.1 水性聚氨酯的制备 10

2.3.2 改性明胶的制备 11

2.3.3 胶膜的制备 11

2.4 性能测试及表征 11

2.4.1 红外光谱测试及分析 12

2.4.2 力学性能测试 12

2.4.3 黏度的测试 12

2.4.4 盐雾老化测定 12

2.4.5 表面张力测试 12

2.4.6 热重分析测试 12

2.4.7 湿雾老化分析 13

2.4.8 可生物降解性测试 13

2.4.9 显微镜 13

第三章 结果与讨论 14

3.1 红外光谱 15

3.2 表面性能 17

3.3 耐溶剂性 17

3.4 盐雾耐老化测试 19

3.5 力学性能 21

3.6 湿雾耐老化 22

3.7 生物可降解性 25

3.8 显微镜 28

第四章 结论与展望 31

参考文献 33

致谢 35

第一章 文献综述

1.1 引言

聚氨酯(PU)是一种分子链中含有大量氨基甲酸酯( - NHCOO - )或异氰酸酯( - NCO - )特征基团的高分子杂链聚合物，全名聚氨基甲酸酯。由于聚合物废物燃烧和再循环引发的经济和生态问题，使得聚合物化学中的新方向发生了改变，即：创造无污染的可降解聚合物。在这就涉及聚合物和基础材料两个大的方向，制成的聚氨酯使其在使用后降解为对环境无污染的绿色成分。这一领域的研究和应用工作是通过将已知的可再生的可降解组分与作为微生物的营养培养基的多糖和其它可生物降解的添加剂特别是淀粉（St）混合或者其它可生物降解的添加剂（明胶），实现现有合成高分子材料的降解。虽然这些组合聚合物看上去是可生物降解的，但事实上它们很难降解^[1,2]。在堆肥中观察到天然组分能快速分解，而在大多数情况下合成聚合物是不易降解的。近些年，通过各种物质组合可以得到可降解的合成聚合物，但是其中可降解的合成聚合物开发问题到了瓶颈期，从最近相关论文的数量便可窥知一二。更多的人专研于基于羟基羧酸的聚酯的可降解聚合物，例如：乙醇酸，乳酸，戊酸，己酸^[3,4,5]。 为了获得相应的常见酸的聚酯，使用其二聚衍生物-糖苷，在乙醇酸和乳酸的情况下的丙交酯，或者对于其余的常见酸的b-，g-或ε-内酯。

基于上述情况，本文重点研究基于水性聚氨酯的新型生态友好型聚合物的制备以及对淀粉，明胶等天然化合物的研究。聚氨酯(PU)是一种分子链中含有大量氨基甲酸酯( - NHCOO - )或异氰酸酯( - NCO - )特征基团的高分子杂链聚合物，全名聚氨基甲酸酯。PU常用于皮革，纺织，涂料工业，医药，农业等领域。它们与天然多糖（明胶和淀粉）的组合使得在聚合物使用期限后期可以获得有效的降解，从而避免有毒产物的产生。明胶和淀粉都是丰富的天然可再生聚合物，是开发可降解材料中的替代组分。 然而，由于价格低，可降解性和大量的羟基，它能够与氨基甲酸酯预聚物化学键合，淀粉最近被用于在聚氨酯化学中。可降解水性聚氨酯WPU的合成是聚氨酯化学的发展分支之一^[6]。本实验与其他制备聚氨酯 -组合物的文献技术中描述的不同，它通过混合它们的水溶液或有机溶剂，通过高分固化，使用生物可降解的淀粉 我们将纯淀粉的水溶液引入到阴离子聚氨酯预聚物的丙酮溶液中，在其链增长和分散的阶段，从而获得接枝共聚物。

请支付后下载全文，论文总字数：20025字