多重交聯(lián)有機(jī)氟水性聚氨酯-聚丙烯酸酯的制備與應(yīng)用.pdf

1、揮發(fā)性有機(jī)化合物(VOC)的排放是繼尾氣污染、煙霧飄塵兩大污染后新的大氣污染問(wèn)題。因此，低揮發(fā)性有機(jī)化合物的水性材料成為了研究者關(guān)注的熱點(diǎn)。本研究以丙烯酸酯單體、多重交聯(lián)劑和有機(jī)氟改性聚氨酯，采用原位乳液聚合法，制備多重交聯(lián)有機(jī)氟水性聚氨酯/聚丙烯酸酯乳液，并作為水性涂料應(yīng)用在木器漆領(lǐng)域。通過(guò)在聚氨酯(PU)分子鏈上引入含有親水性的基團(tuán)，使得聚氨酯分子鏈具有自乳化性。然后，甲基丙烯酸甲酯(MMA)、丙烯酸丁酯(BA)、全氟烷基丙烯酸酯(

2、FW)和PU端基的乙烯基通過(guò)自由基共聚生成了原位含氟自交聯(lián)型水性聚氨酯/聚丙烯酸酯(FPUA)乳液。本研究通過(guò)對(duì)聚氨酯/聚丙烯酸酯進(jìn)行氟改性和交聯(lián)改性，綜合分析了乳液的性能和涂膜性能的影響。在乳液中加入成膜助劑，在馬口鐵片上制備水性漆漆膜，并對(duì)其性能進(jìn)行測(cè)試。研究?jī)?nèi)容如下:
　　(1)研究了單體摩爾比、環(huán)氧基團(tuán)含量和氟單體含量對(duì)乳液制備過(guò)程、乳液及涂膜性能的影響。結(jié)果表明:n(-NCO)/n(-OH)=1.4、n(-NHNH2)/

3、n(-CO-)=1、w(GMA)=4％、w(FM)=8％時(shí)，合成乳液穩(wěn)定性良好，涂膜的耐水性和熱穩(wěn)定性良好。同時(shí)采用水抑制型和堿抑制型的復(fù)合交聯(lián)體系比單一采用水抑制型交聯(lián)體系的涂膜熱分解溫度高了26.5℃，在質(zhì)量損失50％時(shí)，對(duì)應(yīng)溫度提高了15℃，并且涂膜與水相的接觸角也增大了，說(shuō)明了體系中交聯(lián)點(diǎn)增多，相互交聯(lián)形成的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)提高了涂膜的熱穩(wěn)定性和防水性。隨著氟單體含量的增加，涂膜與水相的接觸角從97.65°增加至119.19°，但繼

4、續(xù)增加氟含量，由于乳液成膜過(guò)程中向表面遷移的氟原子增加有限，不能繼續(xù)提高涂膜的防水性。粒徑分析結(jié)果表明，增加體系中的交聯(lián)點(diǎn)，會(huì)增加乳液粒徑，在體系中引入氟原子，粒徑分布由單分散向多分散過(guò)渡。透射電鏡TEM圖顯示未氟化的PUA乳膠粒呈規(guī)整的球形，粒子大小分布均勻，具有明顯的核殼結(jié)構(gòu)。TG曲線表明聚合物的穩(wěn)定性依靠體系中交聯(lián)點(diǎn)的含量。交聯(lián)點(diǎn)含量越高，PUA的熱穩(wěn)定性越好，同時(shí)氟含量的增加也在很大程度上提高了涂膜的熱穩(wěn)定性。XPS結(jié)果證明了由

5、于F具有較低的表面能，乳液在成膜過(guò)程中，F(xiàn)會(huì)自發(fā)的向涂膜表面遷移，表面能高的環(huán)氧基團(tuán)、羰基向底面層遷移，PA鏈段在底面層富集。涂膜的不同深度，F(xiàn)的含量是呈梯度分布，證明了在成膜過(guò)程中存在氟的自動(dòng)遷移，從而導(dǎo)致了涂膜具有自分層特性。
　　(2)調(diào)整丙烯酸酯的含量，合成PUA乳液。結(jié)果顯示，PUA乳液粒徑呈現(xiàn)出單峰分布隨著丙烯酸酯的加入從43nm增至81nm。原子力顯微鏡(AFM)看出，丙烯酸酯類(lèi)加入聚氨酯體系中，PU規(guī)則的軟硬段有序

6、被破壞，同時(shí)加強(qiáng)了PU與PA之間的作用力。DTG曲線表明在丙烯酸酯含量增到最大值時(shí)三個(gè)主要的降解峰基本上合為一個(gè)峰，這表明了PUA乳液具有良好的相容性。TG曲線上可以看出，隨著丙烯酸酯含量的增大涂膜的熱分解溫度也在增加。通過(guò)SEM可以看出不同丙烯酸酯含量的PUA涂膜表面均較為平整，成膜性良好，丙烯酸酯含量的增加亦改善了膠膜的力學(xué)性能。
　　(3)將改性乳液涂刷在馬口鐵片上，并對(duì)漆膜性能進(jìn)行測(cè)試。SEM結(jié)果表明，加入成膜劑的漆膜表面