氟及SiO2改性水性聚氨酯材料的制備及性能研究.pdf

1、水性聚氨酯繼承了溶劑型聚氨酯很多優(yōu)異的性能，如軟硬度可調(diào)、耐磨性好、耐低溫、粘附力強(qiáng)等，在涂料、涂飾劑、膠粘劑等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。為了進(jìn)一步開發(fā)聚氨酯的應(yīng)用，對(duì)水性聚氨酯進(jìn)行各種改性，使其克服應(yīng)用上的缺點(diǎn)。如采用丙烯酸酯類、環(huán)氧樹脂、有機(jī)硅樹脂硅氧烷化合物或者納米改性水性聚氨酯，成為當(dāng)前的研究熱點(diǎn)。此外，紫外光固化水性涂料具有固化速度快、無毒性、無刺激性、無污染和生產(chǎn)安全等特點(diǎn)，是目前較為活躍的研究和開發(fā)領(lǐng)域。本論文在水性聚氨酯改性

2、方面，主要做了以下幾部分工作:
　　 (一)水性PUA/SiO2納米雜化材料制備和性能研究以多官能度聚酯二元醇(N J-330)、異佛爾酮二異氰酸酯(IPDI)、二羥甲基丙酸(DMPA)、丙烯酸丁酯和三羥甲基丙烷三丙烯酸酯(TMPTA)為單體，合成水性聚氨酯，丙烯酸酯(PUA)分散液，采用溶膠，凝膠(sol-gel)技術(shù)，并利用偶聯(lián)劑γ-縮水甘油氧丙基三甲氧基硅烷(MPTS)制備含有硅氧烷端分子的預(yù)聚體，其中的Si(OR)3基經(jīng)

3、水解、縮合后，與正硅酸乙酯(TEOS)在催化劑作用下反應(yīng)，經(jīng)雜化、凝膠后，得到光學(xué)透明的PUA/SiO2雜化材料。測(cè)定了PUA/SiO2雜化材料的水分散液的物理性能及膜的力學(xué)性能。將制得的PUA/SiO2雜化材料，采用紅外光譜(FT-IR)、紫外-可見光譜(UV-Vis)、掃描電子顯微鏡(SEM)、透射電子顯微鏡(TEM)、X射線衍射(XRD)等性能測(cè)試裝置對(duì)材料的結(jié)構(gòu)、表面形貌等進(jìn)行了表征。結(jié)果表明雜化材料中納米SiO2顆粒具有良好的

4、分散性，并在其表面形成良好的界面結(jié)合層，雜化材料的抗拉強(qiáng)度較大，具有較好的耐水性，PUA經(jīng)過雜化后可以改善涂膜的機(jī)械性能。
　　 (二)水性含氟丙烯酸聚氨酯的制備、機(jī)械性能和表面形貌的研究以多官能度聚酯二元醇(NJ-330)、異佛爾酮二異氰酸酯(IPDi)、二羥甲基丙酸(DMPA)、丙烯酸丁酯和六氟丙烯酸丁酯(FA)為單體，合成水性含氟丙烯酸聚氨酯(WFPUA)分散液。紅外光譜(FT-IR)證明了六氟丙烯酸丁酯(FA)單體已經(jīng)被

5、連到了丙烯酸聚氨酯鏈上面。測(cè)定了PUA/SiO2雜化材料的水分散液的物理性能及膜的力學(xué)性能。通過掃描電子顯微鏡(SEM)、透射電子顯微鏡(TEM)和原子力學(xué)顯微鏡(AFM)測(cè)試，研究FPUA材料的結(jié)構(gòu)和表面形態(tài)。結(jié)果表明在膜的表面富集了相當(dāng)多的氟原子，具有良好的分散性，使得雜化材料膜的耐化學(xué)品性和機(jī)械性能都得到了提高。
　　 (三)水性含氟聚(氨酯-丙烯酸)/SiO2雜化材料的制備與性能研究以多官能度聚酯三元醇(N J-330)

6、、異佛爾酮二異氰酸酯(IPDI)、二羥甲基丙酸(DMPA)和六氟丙烯酸丁酯為單體，合成水性含氟聚(氨酯-丙烯酸酯)(FPUA)分散液。采用溶膠-凝膠(sol-gel)技術(shù)，并利用偶聯(lián)劑γ-環(huán)氧丙氧丙基三甲氧基硅烷(MPTS)制備含有硅氧烷端分子的預(yù)聚體，其中的Si(OR)3基經(jīng)水解、縮合后，與正硅酸乙酯(TEOS)在催化劑作用下，經(jīng)雜化、凝膠后，得到光學(xué)透明的FPUA/SiO2雜化材料。改變TEOS溶膠含量，合成了一系列不同TEOS含量

7、的FPUA/SiO2雜化材料。測(cè)定了FPUA/SiO2雜化材料的水分散液的物理性能及膜的力學(xué)性能。將制得的FPUA/SiO2雜化材料，采用紅外光譜(FT-IR)、掃描電子顯微鏡(SEM)、透射電子顯微鏡(TEM)、X射線衍射(XRD)等性能測(cè)試裝置對(duì)材料的結(jié)構(gòu)、表面形貌等進(jìn)行了表征。結(jié)果表明FPUA/SiO2雜化材料中納米SiO2顆粒具有良好的分散性，并在其表面形成良好的界面結(jié)合層，而且雜化材料中有機(jī)無機(jī)相形成分散均勻的連續(xù)相，并形成互

8、穿網(wǎng)絡(luò)，兩相相容較好，無機(jī)粒子直徑人小為5μm。FPUA/SiO2雜化材料的所成的膜抗拉強(qiáng)度與硬度隨著TEOS溶膠含量的增大而增大;當(dāng)TEOS含量為2％時(shí)，具有最佳耐水性。
　　 (四)紫外光固化WFPUA/SiO2的制備、表面形貌和性能研究采用多冒能度聚酯二元醇(N J-330)、異佛爾酮二異氰酸酯(IPDI)、二羥甲基丙酸(DMPA)和六氟丙烯酸丁酯為單體，合成水性含氟聚(氨酯，丙烯酸酯)(FPUA)分散液。然后采用溶膠-凝

9、膠(sol-gel)技術(shù)，制備FPUA/SiO2雜化材料預(yù)聚體。以FPUA/SiO2為預(yù)聚體、TMPTA為活性稀釋劑和1173/184為光引發(fā)劑，制備了紫外光固化FPUA/SiO2體系。
　　 研究了FPUA和FPUA/SiO2雜化材料分散液的物理性能和涂膜的機(jī)械性能。對(duì)制得的FPUA和FPUA/SiO2雜化材料，采用紅外光譜(FT-IR)、掃描電子顯微鏡(SEM)、透射電子顯微鏡(TEM)、X射線衍射(XRD)等性能測(cè)試裝置對(duì)