聚碳酸亞丙酯型水性聚氨酯-丙烯酸酯復(fù)合乳液的制備及其性能研究.pdf

1、水性聚氨酯(WPU)是以聚醚或聚酯多元醇與異氰酸酯反應(yīng)制備，聚醚型WPU具有良好的低溫柔順性及耐水性，但強(qiáng)度低;聚酯型WPU強(qiáng)度高、粘接力好，但易水解。本課題組以二氧化碳、環(huán)氧丙烷為主要原料，開(kāi)發(fā)出新型的聚碳酸亞丙酯多元醇(PPC)，初步研究結(jié)果顯示以PPC為原料的WPU材料性能優(yōu)良，綜合性能超過(guò)聚醚和聚酯多元醇;但由于水性聚氨酯分子中存在親水基團(tuán)，其涂膜的耐水性差，膠膜硬度低，需要對(duì)其進(jìn)行改性，以擴(kuò)大應(yīng)用范圍。聚丙烯酸酯具有疏水性、膠

2、膜硬度高、原料成本低的特點(diǎn)，用聚丙烯酸酯對(duì)WPU進(jìn)行改性，利用兩者在性質(zhì)上的互補(bǔ)，提高水性聚氨酯綜合性能。
　　本文采用丙烯酸酯原位聚合法制備了丙烯酸酯-PPC型聚氨酯核殼聚合物乳液，以及HEMA接枝共聚型核殼聚合物乳液，并對(duì)其性能及影響因素進(jìn)行了研究;另外，本文還使用HDI與IPDI復(fù)配，制備PPC型WPU，以期通過(guò)HDI的加入，提高WPU的柔順性，降低WPU的生產(chǎn)成本。本文的主要研究成果如下:
　　(1)采用FTIR對(duì)制

3、備的WPUA膠膜進(jìn)行了表征，F(xiàn)TIR顯示，膠膜-NCO基團(tuán)的吸收峰消失，出現(xiàn)了-NH-的伸縮振動(dòng)特征吸收峰和氨基甲酸酯鍵(-NHCO-)的特征峰，丙烯酸酯類單體的雙鍵峰消失，且出現(xiàn)了聚丙烯酸酯的吸收特征峰，說(shuō)明異氰酸酯和PPC發(fā)生反應(yīng)，生成WPU，同時(shí)，丙烯酸酯單體也反應(yīng)完全，得到聚丙烯酸酯-聚氨酯復(fù)合乳液。
　　(2)乳液粒徑研究表明:在PU中引入PA后，由于PA溶脹在PU中，造成粒徑會(huì)變大，在此基礎(chǔ)上加入一定量的偶聯(lián)劑HEMA

4、使PU和PA之間產(chǎn)生化學(xué)鍵接，促進(jìn)兩種樹(shù)脂的相容性及共混程度，使復(fù)合乳液膠粒減小，乳液穩(wěn)定性及外觀得到改善。
　　(3)膠膜拉伸強(qiáng)度分析表明，在PU中引入PA后，膠膜的拉伸強(qiáng)度會(huì)降低，加入一定量的偶聯(lián)劑HEMA，會(huì)增強(qiáng)分子間作用力，其拉伸強(qiáng)度相對(duì)直接原位聚合法制備的復(fù)合乳液膠膜有所提高。
　　(4)膠膜附著力及鉛筆硬度分析表明，在PU中引入PA后，附著力及鉛筆硬度都有所改善，其中附著力由2級(jí)改善到0級(jí)，鉛筆硬度由H提升到3H

5、，加入偶聯(lián)劑HEMA后，增大了分子間作用力，分子鏈連接更加緊密，更好地抵抗來(lái)自外界的壓力，從而進(jìn)一步提高了涂膜的鉛筆硬度和附著力，最終鉛筆硬度可以達(dá)到4H。
　　(5)膠膜耐水性分析表明，在PU中引入PA，膠膜吸水率由6.9％降低到3.8％，在此基礎(chǔ)上加入一定量的HEMA后，吸水率進(jìn)一步降低到2.8％，說(shuō)明丙烯酸酯對(duì)聚氨酯耐水性改善效果良好。通過(guò)對(duì)表面疏水性研究表明，與膠膜整體疏水性提高相反，PA改性能夠提高表面親水性，使得WPU

6、乳液更容易進(jìn)行二次涂裝。
　　(6)膠膜的DSC及TGA分析表明，PA和PU具有很好的相容性，且PA的引入提高了膠膜的玻璃化溫度，經(jīng)TGA分析也證實(shí)膠膜的耐熱性也得到提高。在此基礎(chǔ)上加入一定的HEMA后，會(huì)進(jìn)一步提高膠膜的玻璃化溫度及耐熱性。
　　(7)膠膜的XRD分析表明，在PU中引入PA，對(duì)膠膜結(jié)晶性沒(méi)有明顯影響，即使在加入HEMA使PU和PA之間形成化學(xué)鍵，XRD都以非晶態(tài)彌散峰為主，聚合物以無(wú)定形態(tài)存在。
　　

7、(8)經(jīng)綜合分析，在合成WPUA復(fù)合乳液時(shí)，選W(PU)=70％，m(MMA)∶m(BA)=1∶1,W(HEMA)=10％的合成條件，所得復(fù)合乳液及其膠膜的綜合性能最佳。
　　(9)在合成基于HDI/IPDI的PPC型水性聚氨酯乳液時(shí)，HDI/IPDI比例、R值、DMPA含量、EDA含量對(duì)WPU乳液及膠膜性能都會(huì)產(chǎn)生影響，通過(guò)綜合分析，當(dāng)HDI/IPDI為0.5/1,R值為1.6,DMPA含量為5％，EDA含量為1.2％時(shí)乳液及膠