正交实验设计在蓖麻油基水性聚氨酯制备中的应用

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1、正交实验设计在蓖麻油基水性聚氨酯制备中的应用正交实验设计在蓖麻油基水性聚氨酯制备中的应用摘要水性聚氨酯原料来源广泛，目前利用生物质原料代替原有的化石原料已受到广泛关注[1]。在前人的研究成果之上，使用蓖麻油（CastorOil）替代部分聚酯（醚）多元醇、聚碳酸酯二元醇(PCDL)、异佛尔酮二异氰酸酯（IPDI）和二羟甲基丙酸（DMPA）等作为主要原料，制备蓖麻油基水性聚氨酯乳液。并将正交试验设计方法引入水性聚氨酯乳液配方优化中去，以PCDL与CastorOil用量比例、亲水性扩链剂DMPA含量、R值（-NCO与-OH物质摩尔比）三个因素作为正交实验设计因子，以拉伸强度、断裂伸长率为

2、目标因子，进行正交实验优化，得出蓖麻油基水性聚氨酯乳液的优化配方组合。关键词：蓖麻油基；水性聚氨酯；正交设计；综合平衡法9ABSTRACTWater-basedpolyurethanehasawiderangeofrawmaterials.Nowusingbiomassfeedstocksinsteadtheoriginalfossilmaterialhasattractedwidespreadattention.Furtheronthebasisofthepreviousresearchresults,thispapermainlystudiesusingcastoroil(Ca

3、storOil)toreplacepartofthepolyester(ether)polyols,andpolycarbonatediol(PCDL),isophoronediisocyanate(IPDI),dimethylolpropionicacid(DMPA)asthemainrawmaterial,toexplorethepreparationofaqueouspolyurethaneandthepreparationconditions.Theorthogonaltestdesignmethodisappliedtotheoptimizationofthewaterb

4、ornepolyurethaneemulsion.ThenwestudiedTheamountratioofCastorOilandPCDL,thecontentofhydrophilicchainextenderDMPA,Rvalue(-NCOand-OHofmolarratio).Takingthetensilestrengthandelongationatbreakasthetargetfactor,theoptimumformulationofthecastoroilbasedwaterbornepolyurethaneemulsionwasobtainedbyorthog

5、onalexperiment.Keywords:castoroil-based;waterbornepolyurethane;orthogonaldesign;Comprehensivebalancemethod91前言水性聚氨酯环保且性能稳定，在生产生活中得到了广泛的应用。随着水性聚氨酯技术的不断革新，其应用领域正随之逐步扩大，目前已广泛应用于建筑涂料、木器、胶粘剂等行业。水性聚氨酯乳液的发展目前主要呈现：品种多样化、结构功能化、提高固含量的同时保持乳液的稳定，生产趋向合理化并向连续化大生产过渡。随着社会的快速发展，石油消耗量急剧增加，对人类赖以生存的地球造成了严重的环境污染，同

6、时也直接导致了这一类不可再生资源的日益枯竭。而用于合成聚氨酯树脂的主要原材料均来自于石油的衍生品和副产品，这就极大的限制了聚氨酯工业的发展。用可再生资源替代化石原料制备生产生物高分子材料逐渐引起了人们的关注。将含羟基的植物油或羟基化的植物油作为多元醇制备聚氨酯完全符合环保要求，且植物油的主要成分脂肪酸甘油酯具有疏水性，用植物油多元醇制备的聚氨酯具有良好的化学和物理性能，特别是有更好的耐水解性和热稳定性，植物油多元醇已成为国内外聚氨酯工业的研究热点。蓖麻油(castoroil，C.O.)当中含有羟基，可以不经处理直接参与聚氨酯的合成。从分子结构角度来看，它主要含有70%左右脂肪酸三甘

7、油酯和30%左右的脂肪酸二甘油酯，羟基平均官能度为2.7，它还含有碳碳双键、酯基等活性基团，可以通过酯化、热解、醇解、氢化以及环氧化等一系列化学反应，制备得到具有潜在的生物降解性的蓖麻油基水性聚氨酯。蓖麻油独特的结构为其在合成聚氨酯中的应用提供了理论依据,三官能度蓖麻油可作为交联剂,二官能度的蓖麻油可代替部分聚醚或扩链剂使用。此外,蓖麻油组分中长链非极性脂肪酸链可赋予漆膜良好的疏水性能,给予高分子链良好的应力松弛,使涂膜具有良好的柔软性、耐曲挠性以及耐寒性。经研究表明