聚氨酯-聚丙烯酸酯復(fù)合乳液的制備及其改性研究.pdf

1、近年來，隨著工業(yè)的快速發(fā)展，環(huán)境污染問題越來越引起人們的注意，世界各國(guó)正在采取嚴(yán)厲的措施限制揮發(fā)性有機(jī)化合物(VOC)的排放，綠色材料已經(jīng)成為材料研究與應(yīng)用領(lǐng)域的主流。正是適應(yīng)這一潮流，水性涂料應(yīng)運(yùn)而生成為目前極為活躍的研究和開發(fā)領(lǐng)域，涂料水性化是減少VOC排放的最佳途徑之一。 聚氨酯乳液已經(jīng)在許多領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用，在某些方面其性能可以與溶劑型產(chǎn)品相媲美，但就耐水性、耐候性及硬度而言，還無法滿足木器涂料的要求。 通過種

2、子乳液聚合或互穿網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將性能上具有互補(bǔ)性的材料復(fù)合在一起是提高乳液性能的有效途徑之一。丙烯酸樹脂具有優(yōu)異的耐候性、耐化學(xué)品性及高的硬度和光澤，但耐磨性、耐寒性和粘附性較差，而聚氨酯在這些方面表現(xiàn)突出。本文先通過本體和溶液聚合合成聚氨酯預(yù)聚體，在中和階段，加入乙烯基共聚單體降低體系粘度，合成了蓖麻油基聚氨酯乳液；然后以此乳液作為種子通過丙烯酸酯單體的乳液共聚合制備了性能優(yōu)異的具有核殼結(jié)構(gòu)的聚氨酯-聚丙烯酸酯復(fù)合乳液。通過該工藝制備得到的

3、聚氨酯-聚丙烯酸酯復(fù)合乳液，無需脫除溶劑，因此既節(jié)約了成本，又減小了對(duì)環(huán)境的污染。另外，本文還探討了引發(fā)劑的濃度和種類、親水基團(tuán)的含量、乳化劑的濃度以及聚合工藝對(duì)乳液的影響；考察了核殼之間的比例、共聚單體中軟硬單體的比例、蓖麻油的添加量對(duì)膠膜硬度、機(jī)械強(qiáng)度、熱穩(wěn)定性及乳液粒徑的影響。通過表面紅外光譜(ATR)、熱重分析(TG)、透射電鏡(TEM)、激光納米粒度儀及表面水接觸角測(cè)定儀等對(duì)共聚物組成和性能、乳液粒子的形態(tài)和結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究。研

4、究結(jié)果表明：1)采用半連續(xù)滴加的種子乳液聚合工藝，可制備出具有核殼結(jié)構(gòu)的聚氨酯-聚丙烯酸酯復(fù)合乳液；2)相對(duì)于水溶性引發(fā)劑過硫酸銨(APS)而言，采用油溶性引發(fā)劑偶氮二異丁氰(AIBN)，在聚合過程中凝膠量少，轉(zhuǎn)化率高，但引發(fā)效率低，所需的引發(fā)劑量較多；3)隨著DMPA含量增大，PUA復(fù)合乳液貯存穩(wěn)定性增加，但耐水性降低，且在聚合過程中加入少量小分子乳化劑可以顯著提高乳液聚合穩(wěn)定性；4)通過丙烯酸酯改性聚氨酯，可以使其在耐水性、硬度、耐

5、熱性等方面得以大幅度提高，而蓖麻油的引入能使材料的耐水性進(jìn)一步提高；5)乳液粒徑及其分布與共聚物組成、核殼比例有很大關(guān)系。 為了進(jìn)一步提高乳膠膜的耐水性、耐侯性、韌性及機(jī)械性能等，又通過在聚氨酯-聚丙烯酸酯分子鏈上引入端羥基聚丁二烯，對(duì)其進(jìn)行改性。測(cè)試結(jié)果表明：隨著HTPB含量的增加，乳液的最低成膜溫度降低；HTPB的引入能明顯改善材料的機(jī)械性能、抗沖擊性能及耐水性能。 以提高膠膜耐水性、耐候性、滑爽性和抗沾污性為主要目

6、的，通過氨丙基三乙氧基硅烷(APTS)作為端羥基聚二甲基硅氧烷(HTPS)與聚氨酯(Pu)之間的橋梁，在聚氨酯主鏈上引入了聚硅氧烷鏈段，然后以此改性聚氨酯乳液作為種子乳液，通過乳液聚合制備了有機(jī)硅改性聚氨酯-聚丙烯酸酯復(fù)合乳液。通過衰減全反射紅外光譜(ATR-FTIR)及表面光電子能譜(ESCA)的研究證實(shí)有機(jī)硅鏈段已被化學(xué)鍵入聚氨酯分子鏈中，且硅氧烷鏈段有表面富集的傾向；表面水接觸角測(cè)試結(jié)果表明，膠膜的水接觸角隨著有機(jī)硅含量的增加而增