5.2　蓖麻油改性水性聚氨酯

蓖麻油的價格低廉、來源豐富，作為一種可再生原材料，廣泛應用于制備水性聚氨酯樹脂、聚氨酯清漆以及聚氨酯底漆。蓖麻油的應用價值和發展前景一直被人們關注。蓖麻油是含有脂肪酸的三甘油酯，其羥值約163mgKOH/g，羥基含量4.94%，羥基當量345，按羥值計算，蓖麻油含有70%的三官能度和30%二官能度。因此，通過蓖麻油中的羥基和多異氰酸酯反應，可以將蓖麻油接入水性聚氨酯體系中，使水性聚氨酯具有體型的交聯結構，大幅增加耐水、耐熱以及力學性能。總的來說，由于蓖麻油本身帶有多官能度的羥基，故將其接入聚氨酯結構中比較容易，其應用范圍也相對較廣，目前研究較為普遍和成熟。

5.2.1　蓖麻油基水性聚氨酯[10]

（1）主要原料　蓖麻油（C.O.）；2,4-甲苯二異氰酸酯（TDI）；二羥甲基丙酸（DMPA）；N-甲基吡咯烷酮（NMP）；三乙胺（TEA）；丙酮。

（2）合成方法　在干燥氮氣保護下，將C.O.和TDI加入到裝有溫度計、攪拌裝置和回流冷凝器的250mL四口燒瓶中，在70℃反應1h，將含DMPA的NMP溶液加到四口燒瓶中繼續反應1h，得到聚氨酯預聚體。將預聚體冷卻至30℃后添加丙酮稀釋，然后加入三乙胺的去離子水使溶液乳化，真空脫去丙酮得到聚氨酯分散體。

（3）性能研究　當氰羥比為2.2、DMPA添加量為7.0%左右，反應和乳化溫度分別為70℃和30℃條件下，制得的水性聚氨酯產品所涂的膜具有較高硬度與柔韌性，成膜性和疏水性較好。

5.2.2　環氧化蓖麻油改性水性聚氨酯[11]

（1）主要原料　聚酯多元醇、異佛爾酮二異氰酸酯（IPDI）、二羥甲基乙酸、辛酸亞錫、乙二醇、環氧化蓖麻油、丙酮、氨水、對苯二胺、去離子水等。原料配方見表5-5。

（2）合成方法　在裝有電動攪拌器、回流冷凝管、熱電偶溫度計的玻璃反應器中，加入聚醚多元醇、二羥甲基乙酸，于105℃下抽真空60min后，降溫至80℃左右加入IPDI，滴加辛酸亞錫，于80℃攪拌反應3h，得到預聚體。向預聚體中加入乙二醇、環氧化蓖麻油及丙酮，于70℃攪拌反應2h，得到改性的聚氨酯預聚體。改性預聚體降溫至55℃后加入氨水中和成鹽。將中和后所得的預聚物在4000r/min的轉速下剪切分散到去離子水中乳化約10min，然后在40℃下加入對苯二胺擴鏈0.5h。最后在58℃、0.1MPa真空度下減壓蒸出丙酮，制得環氧化蓖麻油改性的水性聚氨酯。

5.2.3　蓖麻油改性聚醚型水性聚氨酯乳液[12]

（1）主要原料　蓖麻油、甲苯二異氰酸酯（TDI）、聚醚（N-210）、一縮二乙二醇（DEG）、二羥甲基丙酸（DMPA）、丙酮、辛酸亞錫（T-9）、去離子水等。

（2）合成方法　在裝有氮氣保護裝置的四口燒瓶中加入計量好的聚醚、甲苯二異氰酸酯（TDI），緩慢升溫至80℃，反應1.5h后，加入計算量的親水擴鏈劑二羥甲基丙酸及適量的丙酮以降低反應體系的黏度，60℃保溫2h后，加入擴鏈劑一縮二乙二醇（DEG），少量的催化劑辛酸亞錫，保溫3h，反應期間視黏度變化加入丙酮，當NCO摩爾分數達到理論值后，降溫至40℃以下，加入與二羥甲基丙酸等物質的量的三乙胺作為成鹽劑，反應20min，將制得的親水性聚氨酯溶液在高速攪拌下分散到一定量的蒸餾水中，低溫攪拌1h，然后在37℃減壓旋蒸脫去丙酮得到固含量為30%的水性聚氨酯乳液。

（3）性能分析　隨著親水擴鏈劑二羥甲基丙酸含量的提高，增強了乳液的穩定性，降低了乳液的粒徑。隨著氰羥比的增加，粒徑隨之變大，穩定性下降，斷裂伸長率降低，拉伸強度增加。加入適量的蓖麻油作為內交聯劑，可以改善膠膜的力學性能，提高了膠膜的耐水性。當二羥甲基丙酸含量為5%，聚醚N-210/蓖麻油質量比為7∶3，氰羥比為1.3時，制備的水性聚氨酯具有良好的穩定性，乳液呈半透明狀，膠膜具有較好的耐水性及力學性能。