丙烯酸酯改性水性聚氨酯材料結(jié)構(gòu)與性能的研究.pdf

1、隨著人們環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng),水性涂料已成為涂料發(fā)展的主要方向。其中水性聚氨酯(PU)乳液和水性聚丙烯酸酯(PA)乳液同其溶劑型產(chǎn)品相比,具有價(jià)廉、無(wú)毒和不污染環(huán)境等優(yōu)點(diǎn),因此在涂料、膠黏劑、皮革、織物涂層等方面得到了廣泛的應(yīng)用。聚丙烯酸酯材料具有機(jī)械強(qiáng)度高、耐老化、耐光不變黃、耐水性好等優(yōu)點(diǎn),但也存在著耐有機(jī)溶劑性、耐化學(xué)品、堅(jiān)韌性、耐磨性差,高溫發(fā)粘、低溫發(fā)脆等缺點(diǎn)。而聚氨酯材料具有優(yōu)異的耐寒性、溫度適應(yīng)性、彈性、耐有機(jī)溶劑等,但卻在耐水

2、性、保光性、自增稠性等方面具有缺陷。由于PU和PA在應(yīng)用性能上具有一定的互補(bǔ)作用,所以將聚氨酯和聚丙烯酸酯二者有機(jī)結(jié)合起來(lái)以制備新型PUA復(fù)合乳液已成為國(guó)內(nèi)外的研究熱點(diǎn)。
　　本論文通過(guò)平衡溶脹法和嵌段共聚法合成了一系列的PUA復(fù)合乳液,通過(guò)各種測(cè)試詳細(xì)分析了結(jié)構(gòu)與性能之間的關(guān)系,并對(duì)其改性機(jī)理進(jìn)行了探討。論文的主要內(nèi)容如下:
　　1.概述了水性聚氨酯近年來(lái)的發(fā)展和應(yīng)用情況,對(duì)水性聚氨酯的制備方法進(jìn)行了詳細(xì)的介紹。同時(shí)介紹了

3、國(guó)內(nèi)外近年來(lái)利用丙烯酸酯改性水性聚氨酯方法的研究進(jìn)展情況,通過(guò)對(duì)各種復(fù)合方法優(yōu)缺點(diǎn)的比較分析,確定了本課題的研究意義及研究?jī)?nèi)容。
　　2.采用平衡溶脹法合成了系列的具有明顯核殼結(jié)構(gòu)的PUA復(fù)合乳液,考察了核殼之間的比例、共聚單體中軟硬單體的比例對(duì)乳液粒徑、膠膜硬度、機(jī)械強(qiáng)度及吸水率的影響。通過(guò)傅立葉紅外光譜(FTIR)、差熱分析(DSC)、熱重分析(TG)、透射電鏡(TEM)、光散射粒度儀及表面水接觸角測(cè)定儀等對(duì)對(duì)改性材料的結(jié)構(gòu)進(jìn)

4、行了表征并詳細(xì)分析了材料結(jié)構(gòu)與性能之間的關(guān)系。研究結(jié)果表明:采用平衡溶脹法制備出的丙烯酸酯改性水性聚氨酯乳液具有清晰且穩(wěn)定的核殼結(jié)構(gòu)。聚丙烯酸酯的引入,可以使聚氨酯材料在耐水性、硬度、耐熱性等方面得以大幅度的提高,而丙烯酸酯單體中軟硬單體的比例對(duì)材料的綜合性能也有著很大的影響.
　　3.采用嵌段共聚法制備了丙烯酸酯改性水性聚氨酯(PUA)復(fù)合乳液。我們采用巰基乙醇做鏈轉(zhuǎn)移劑,將甲基丙烯酸甲酯(MMA)和丙烯酸丁酯(BA)單體通過(guò)溶

5、液自由基聚合合成分子量在6000左右、含一個(gè)端羥基的聚丙烯酸酯大分子單體。通過(guò)傅立葉紅外光譜譜圖(FTIR)的分析,能夠證實(shí)目標(biāo)端羥基大分子單體的合成并通過(guò)大分子單體的端基羥值的測(cè)定計(jì)算出了其平均分子量。大分子單體與端異氰酸酯基親水改性的聚氨酯預(yù)聚體反應(yīng)獲得聚丙烯酸酯-聚氨酯-聚丙烯酸酯A-B-A型三嵌段共聚物,將此共聚物分散在水中獲得嵌段聚合物水基分散體。通過(guò)對(duì)PUA產(chǎn)物的核磁氫譜進(jìn)行分析可知端羥基的聚丙烯酸酯大分子單體與端異氰酸酯基

6、親水改性的聚氨酯預(yù)聚體的接枝率可以達(dá)到80﹪以上,由此證實(shí)了該方法的可行性。對(duì)PUA的研究結(jié)果則表明:
　　(1)采用嵌段法制備的丙烯酸酯改性水性聚氨酯(PUA)乳液具有很好的穩(wěn)定性。丙烯酸酯的引入,可以使聚氨酯材料的接觸角和耐水性均得以提高,但存在峰值。
　　(2)通過(guò)對(duì)PUA復(fù)合材料傅立葉紅外光譜譜圖(FTIR)的分析,可知產(chǎn)物中既含有聚氨酯組分,又含有丙烯酸酯組分,故改性的PUA復(fù)合乳液兼?zhèn)淞硕叩膬?yōu)點(diǎn)。通過(guò)對(duì)PU、P

7、UA的熱失重(TGA)的測(cè)試可知,適量聚丙烯酸酯的添加可以有效的提高PU膜的分解溫度,改善聚氨酯材料的耐熱性能。而 PUA的DSC測(cè)試譜圖則只顯示出一個(gè)玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg),由此可見(jiàn),本實(shí)驗(yàn)中得到的PUA材料中PU與PA組分相容性良好,可形成均相體系。
　　(3)通過(guò)對(duì)力學(xué)性能測(cè)試可知,隨著聚丙烯酸酯量的增加,聚氨酯材料中硬段之間的作用力減弱,導(dǎo)致膜的抗張強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率均下降,硬度增強(qiáng)。而當(dāng) PA量相同時(shí),隨著MMA/BA比值