5.2　蓖麻油改性水性聚氨酯

蓖麻油的价格低廉、来源丰富，作为一种可再生原材料，广泛应用于制备水性聚氨酯树脂、聚氨酯清漆以及聚氨酯底漆。蓖麻油的应用价值和发展前景一直被人们关注。蓖麻油是含有脂肪酸的三甘油酯，其羟值约163mgKOH/g，羟基含量4.94%，羟基当量345，按羟值计算，蓖麻油含有70%的三官能度和30%二官能度。因此，通过蓖麻油中的羟基和多异氰酸酯反应，可以将蓖麻油接入水性聚氨酯体系中，使水性聚氨酯具有体型的交联结构，大幅增加耐水、耐热以及力学性能。总的来说，由于蓖麻油本身带有多官能度的羟基，故将其接入聚氨酯结构中比较容易，其应用范围也相对较广，目前研究较为普遍和成熟。

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-甲苯二异氰酸酯（TDI）；二羟甲基丙酸（DMPA）；N-甲基吡咯烷酮（NMP）；三乙胺（TEA）；丙酮。

（2）合成方法　在干燥氮气保护下，将C.O.和TDI加入到装有温度计、搅拌装置和回流冷凝器的250mL四口烧瓶中，在70℃反应1h，将含DMPA的NMP溶液加到四口烧瓶中继续反应1h，得到聚氨酯预聚体。将预聚体冷却至30℃后添加丙酮稀释，然后加入三乙胺的去离子水使溶液乳化，真空脱去丙酮得到聚氨酯分散体。

（3）性能研究　当氰羟比为2.2、DMPA添加量为7.0%左右，反应和乳化温度分别为70℃和30℃条件下，制得的水性聚氨酯产品所涂的膜具有较高硬度与柔韧性，成膜性和疏水性较好。

5.2.2　环氧化蓖麻油改性水性聚氨酯[11]

（1）主要原料　聚酯多元醇、异佛尔酮二异氰酸酯（IPDI）、二羟甲基乙酸、辛酸亚锡、乙二醇、环氧化蓖麻油、丙酮、氨水、对苯二胺、去离子水等。原料配方见表5-5。

表5-5　环氧化蓖麻油改性水性聚氨酯原料组成

（2）合成方法　在装有电动搅拌器、回流冷凝管、热电偶温度计的玻璃反应器中，加入聚醚多元醇、二羟甲基乙酸，于105℃下抽真空60min后，降温至80℃左右加入IPDI，滴加辛酸亚锡，于80℃搅拌反应3h，得到预聚体。向预聚体中加入乙二醇、环氧化蓖麻油及丙酮，于70℃搅拌反应2h，得到改性的聚氨酯预聚体。改性预聚体降温至55℃后加入氨水中和成盐。将中和后所得的预聚物在4000r/min的转速下剪切分散到去离子水中乳化约10min，然后在40℃下加入对苯二胺扩链0.5h。最后在58℃、0.1MPa真空度下减压蒸出丙酮，制得环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、甲苯二异氰酸酯（TDI）、聚醚（N-210）、一缩二乙二醇（DEG）、二羟甲基丙酸（DMPA）、丙酮、辛酸亚锡（T-9）、去离子水等。

（2）合成方法　在装有氮气保护装置的四口烧瓶中加入计量好的聚醚、甲苯二异氰酸酯（TDI），缓慢升温至80℃，反应1.5h后，加入计算量的亲水扩链剂二羟甲基丙酸及适量的丙酮以降低反应体系的黏度，60℃保温2h后，加入扩链剂一缩二乙二醇（DEG），少量的催化剂辛酸亚锡，保温3h，反应期间视黏度变化加入丙酮，当NCO摩尔分数达到理论值后，降温至40℃以下，加入与二羟甲基丙酸等物质的量的三乙胺作为成盐剂，反应20min，将制得的亲水性聚氨酯溶液在高速搅拌下分散到一定量的蒸馏水中，低温搅拌1h，然后在37℃减压旋蒸脱去丙酮得到固含量为30%的水性聚氨酯乳液。

（3）性能分析　随着亲水扩链剂二羟甲基丙酸含量的提高，增强了乳液的稳定性，降低了乳液的粒径。随着氰羟比的增加，粒径随之变大，稳定性下降，断裂伸长率降低，拉伸强度增加。加入适量的蓖麻油作为内交联剂，可以改善胶膜的力学性能，提高了胶膜的耐水性。当二羟甲基丙酸含量为5%，聚醚N-210/蓖麻油质量比为7∶3，氰羟比为1.3时，制备的水性聚氨酯具有良好的稳定性，乳液呈半透明状，胶膜具有较好的耐水性及力学性能。