陽離子水性聚氨酯及其全氟烷基丙烯酸酯改性復(fù)合乳液的制備及性能研究.pdf

1、目前關(guān)于陽離子型水性聚氨酯的研究報(bào)道相對較少,但因其骨架上帶有陽離子基團(tuán),使其具有一些獨(dú)特的性能,在造紙、皮革、紡織、涂料和膠粘劑等領(lǐng)域有著較好的應(yīng)用。傳統(tǒng)的水性聚氨酯由于分子結(jié)構(gòu)的限制使其涂膜的力學(xué)性能、耐水性、耐溶劑性等相關(guān)性能不足,常引入疏水性鏈段或交聯(lián)結(jié)構(gòu)對其改性。疏水性的氟鏈段可通過含氟二元異氰酸酯、含氟聚醚二元醇、含氟聚酯二元醇及含氟擴(kuò)鏈劑等方法引入,此均是逐步聚合機(jī)理;本研究采用全氟烷基丙烯酸酯通過自由基聚合機(jī)理引入聚氨酯

2、體系。通過物理復(fù)合及化學(xué)交聯(lián)兩種方法制得全氟烷基丙烯酸酯改性陽離子聚氨酯復(fù)合乳液。研究了復(fù)合乳液及其乳膠膜的結(jié)構(gòu)與性能。為全氟烷基丙烯酸酯改性陽離子聚氨酯的制備、乳液性能、成膜性能和使用性能提供理論基礎(chǔ)。因全氟烷基丙烯酸酯具有全取代的氟碳烷基,具有更低表面自由能,且全氟烷基位于大分子側(cè)鏈,具有更好的表面遷移性,有助于提高其表面性能。
　　 首先以脂環(huán)族二元異氰酸酯異佛爾酮二異氰酸酯(IPDI)為硬段,以聚醚二元醇聚四氫呋喃醚(P

3、TMG)為軟段,以N-甲基二乙醇胺(MDEA)為親水性擴(kuò)鏈劑,以多功能團(tuán)的小分子醇三羥甲基丙烷(TMP)為內(nèi)交聯(lián)劑,合成一種自乳化自交聯(lián)的水性陽離子聚氨酯(CPU)乳液,CPU大分子上既有親水基團(tuán)又有親油基團(tuán),可視為高分子表面活性劑。重點(diǎn)討論了主要合成因素如軟段種類及分子量、R值、MDEA用量及TMP用量等對CPU乳液及乳膠膜性能的影響。
　　 接著以N-甲基二乙醇胺(MDEA)為陽離子親水性擴(kuò)鏈劑,三羥甲基丙烷(TMP)為內(nèi)交

4、聯(lián)劑,先將全氟烷基丙烯酸酯(FA)與其它乙烯基單體(St和BA)的混合液作為聚氨酯制備的稀釋劑,經(jīng)相轉(zhuǎn)化法合成了陽離子水性聚氨酯(PU)乳液;再以其為種子乳液,采用水溶性偶氮引發(fā)溶脹在其中的乙烯基單體(FA、St和BA)進(jìn)行自由基共聚合,制得穩(wěn)定的物理復(fù)合改性的全氟烷基丙烯酸酯/陽離子水性聚氨酯(PUFA)復(fù)合乳液。重點(diǎn)討論了FA單體用量對復(fù)合乳液及其乳膠膜性能的影響規(guī)律。
　　 在上面引入全氟烷基丙烯酸酯強(qiáng)疏水性組分改性陽離子

5、聚氨酯基礎(chǔ)之上,進(jìn)一步通過高分子設(shè)計(jì)使得復(fù)合體系形成化學(xué)交聯(lián)結(jié)構(gòu)從而進(jìn)一步提高其性能。通過帶有羥基的乙烯基單體丙烯酸羥乙酯(HEA)對陽離子聚氨酯預(yù)聚體兩端封端,其作為雙烯類大單體可與全氟烷基丙烯酸酯自由基共聚形成交聯(lián)體系,得到明顯核殼結(jié)構(gòu)的改性復(fù)合乳液(FAPU)。重點(diǎn)討論了合成因素對復(fù)合乳液穩(wěn)定性的影響,以及軟段分子量、FA單體用量和MDEA單體用量等因素對復(fù)合乳液及其穩(wěn)定性的影響,最后初步研究了FAPU乳液在紙張表面上施膠性能。<

6、br>　　 結(jié)果表明物理復(fù)合法及化學(xué)交聯(lián)法所得全氟烷基丙烯酸酯改性陽離子聚氨酯復(fù)合乳膠膜力學(xué)性能、耐水性及熱穩(wěn)定性相比改性前的聚氨酯明顯提高。且因?yàn)槿榛Y(jié)構(gòu)的引入,所得復(fù)合乳液具有優(yōu)良的表面性能,其表面自由能在20mJ/m2,這個(gè)數(shù)值小于水(72.8mJ/m2)和一般油類(25～35mJ/m2)的表面自由能,這也正是含氟聚合物具備防水防油性的理論基礎(chǔ)。經(jīng)更高溫度熱處理后,復(fù)合乳膠膜的表面自由能會進(jìn)一步下降。通過原子力顯微鏡(AFM