2.2 反應(yīng)產(chǎn)物的紅外譜圖分析 圖1為胡麻油紅外光譜吸收?qǐng)D,圖中3009.8 cm-1可歸屬為雙鍵C-H的吸收峰,2928.7 cm-1為單鍵C-H峰,1751.5 cm-1為酯鍵羰基峰,1650.6 cm-1為碳碳雙鍵峰;圖2為胡麻油醇解產(chǎn)物紅外光譜,圖中3374.9 cm-1羥基峰,3012.7 cm-1為雙鍵C-H的吸收峰,此吸收峰向長(zhǎng)波位移是由于強(qiáng)吸電子基團(tuán)羥基的電場(chǎng)效應(yīng)所致,2925.6 cm-1為單鍵C-H峰,1737.7 cm- 1為酯鍵羰基峰,1659.9 cm-1為碳碳雙鍵峰,此峰也因強(qiáng)吸電子基團(tuán)的電場(chǎng)效應(yīng)向長(zhǎng)波位移,由此表明胡麻油經(jīng)醇解后得到了預(yù)期的中間體;圖3為水性聚氨酯紅外光譜圖,圖中3216.4 cm-1可歸屬為—NHCOO—氨酯鍵亞胺基—NH伸縮振動(dòng)峰, 3056.2cm-1為雙鍵C-H伸縮振動(dòng)峰,由于高分子主鏈結(jié)構(gòu)中強(qiáng)吸電基團(tuán)吸電能力的增大致使C-H伸縮振動(dòng)峰向長(zhǎng)波方向進(jìn)一步位移,2928.7cm-1為單鍵C-H伸縮振動(dòng)峰, 1751.5 cm-1為羰基伸縮振動(dòng)峰, 1664.6cm-1為—NHCOO—氨酯鍵羰基振動(dòng)峰, 1605.5 cm-1為碳碳雙鍵峰,此峰由于高分子長(zhǎng)鏈的折疊與長(zhǎng)側(cè)鏈的彎曲纏結(jié),側(cè)鏈雙鍵與主鏈胺基氮靠近,受氮原子孤對(duì)電子的供電子效應(yīng)的影響向短波方向位移,1538.7為苯環(huán)骨架吸收峰,說明產(chǎn)物是預(yù)期反應(yīng)的產(chǎn)物。2.3 植物油醇解與工藝條件選擇 植物油與甘油在催化劑存在下發(fā)生羥基與植物油羧基的重新分配,生成甘油一酸酯、甘油二酸酯,該反應(yīng)屬可逆反應(yīng),當(dāng)反應(yīng)達(dá)到平衡后,體系的組成除生成物外,植物油與甘油也共存于其中。從后續(xù)的聚合反應(yīng)考慮,只有甘油一酸酯是二羥基官能團(tuán)的中間體,可與二異氰酸酯發(fā)生逐步加聚形成線形聚氨酯樹脂;甘油二酸酯是單羥基官能體,與二異氰酸酯反應(yīng)只能生成低分子化合物,但少量的甘油二酸酯在聚氨酯樹脂合成中可作為分子量調(diào)節(jié)劑,甘油是三羥基官能體,如果體系中含量過高,在聚合階段有發(fā)生交聯(lián)的可能,少量甘油的存在有利于增大聚合物的分子量,提高體系的黏度;植物油的存在會(huì)影響樹脂體系的水溶性及水溶體的穩(wěn)定性。針對(duì)植物油醇解可逆反應(yīng)的特征,通過對(duì)醇解工藝條件的合理選擇與控制,使醇解終了體系的組成中以甘油一酸酯為主,允許少量的甘油與甘油二酸酯存在,植物油盡可能達(dá)到微量。醇解工藝條件可按表1選擇:表1 植物油醇解工藝條件 2.4水性聚氨酯合成的影響因素 樹脂的水溶性主要依靠樹脂分子中存留的羧基(-COOH)官能團(tuán),經(jīng)胺中和成鹽而形成,樹脂酸價(jià)表明樹脂分子結(jié)構(gòu)中所含羧酸基團(tuán)的多少,進(jìn)一步表明水性聚氨酯樹脂合成設(shè)計(jì)中官能性單體(DMPA)含量的高低,酸價(jià)的大小直接影響樹脂的水溶性和水溶體系的穩(wěn)定性,樹脂的水溶性主要依靠樹脂分子中存留的羧基(-COOH)官能團(tuán),經(jīng)胺中和成鹽而形成。酸價(jià)高,樹脂的水溶性好,體系黏度低,耐水性差。在聚氨酯樹脂的合成中,合成體系中二異氰酸酯(-NCO)組分與羥基(-OH)組分的配比設(shè)計(jì)是一個(gè)重要的參數(shù),不同OH/NCO值將影響樹脂的性能,如粘度、分子量等,并影響到樹脂成膜后印膜的性能。當(dāng)羥基(-OH)組分用量確定后,醇解物與DMPA的組合比例直接影響樹脂的水溶性和水溶體系的穩(wěn)定性和水墨的干性,醇解物用量大,水墨干性快,光澤高,穩(wěn)定性差,印膜耐水性好;反之,則干性慢,光澤低,穩(wěn)定性好,印膜耐水性差。 在水性聚氨酯樹脂的合成中,為了調(diào)整印膜的機(jī)械性能,在配方設(shè)計(jì)組成中采用芳香族二異氰酸酯(TDI)和脂肪族二異氰酸酯(HDI)兩種異氰酸酯單體,用TDI制備的樹脂硬度較高,但印膜較脆,柔韌性差,其結(jié)果是由于高分子鏈結(jié)構(gòu)中引入了較密的剛性苯環(huán),降低了聚氨酯高分子鏈的柔性;用HDI制備的樹脂柔韌性較好,但硬度較低,印膜發(fā)軟,其原因是由于脂肪鏈節(jié)旋轉(zhuǎn)自由能低,致使聚氨酯高分子鏈的剛性降低;采用芳香族二異氰酸酯(TDI)和脂肪族二異氰酸酯(HDI)兩種異氰酸酯單體進(jìn)行共聚合,可實(shí)現(xiàn)剛?cè)嵯酀?jì),優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。經(jīng)對(duì)比實(shí)驗(yàn),在聚氨酯合成中可按表2進(jìn)行選擇工藝條件。表2 聚合工藝條件2.5 氧化交聯(lián)水性聚氨酯油墨性能檢測(cè) 表3 常溫交聯(lián)水性聚氨酯油墨性能檢測(cè)3 結(jié)論 采用干性植物油(胡麻油、桐油)與甘油在LiOH催化條件下發(fā)生醇解反應(yīng),生成以甘油一酸酯為主的醇解中間體;利用此中間體和多功能單體DMPA為復(fù)合二元醇(-OH)組分與TDI/HDI二異氰酸酯(-NCO)復(fù)合組分在丙酮介質(zhì)中經(jīng)逐步加成聚合;通過一乙醇胺中和成鹽,復(fù)配水溶性催干劑,以水、低碳醇醚復(fù)合溶劑調(diào)整體系的黏度,得到水性氧化交聯(lián)聚氨酯樹脂連結(jié)料;此連結(jié)料與顏料、填料、 助劑II復(fù)配制備水性油墨。通過對(duì)合成單體和醇解物中間體、水性聚氨酯的紅外譜圖表征,最終表明合成物為目的產(chǎn)物,對(duì)水性油墨性能進(jìn)行檢測(cè),各項(xiàng)性能指標(biāo)均滿足水墨制備和使用要求。(作者/崔錦峰 楊保平 周應(yīng)萍)
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