水性聚氨酯-丙烯酸酯复合乳液的合成研究.doc

水性聚氨酯-丙烯酸酯复合乳液的合成研究以甲苯二异氰酸酯、聚酯多元醇、二羟甲基丙酸、甲基丙烯酸羟乙酯为主要原料制得含C=C双键的水性聚氨酯预聚体，然后加入引发剂和甲基丙烯酸甲酯，经乳液聚合得到聚氨酯一丙烯酸酯(PUA)乳液。讨论了DMPA及MMA用量等对PUA乳液性能的影响。用FT～IR等方法对制备的PUA乳液结构及有关性能进行了分析和表征。结果表明，当总体n(--NCO)：n(--OH)=1．2、DMPA用量为5％、MMA用量为20％时，合成的PUA复合乳液具有较好的贮存稳定性。与改性前的PU乳液相比，PUA涂膜的耐碱性、耐水性、耐溶剂性和力学性能都明显提高。环境友好材料是近年来世人瞩目的新领域，发展十分迅速。聚丙烯酸酯(PA)乳液和聚氨酯(PU)乳液与溶剂型产品相比，具有价廉、安全、不燃、无毒、不污染环境等优点。水性PU还以优良的性能在涂料、胶粘剂、织物整理剂等领域具有极其重大的潜在应用前景，目前已经成为聚氨酯化学发展最活跃和最有发展前途的分支之一。水性聚氨酯具有耐低温、柔韧性好、耐磨性好、粘接强度高等优点，但也存在耐高温性能不佳、耐水性差、膜保光性差等缺点；而聚丙烯酸酯乳液具有较好的耐水性、耐候性和物理机械性能，但存在硬度高、柔韧性差、耐溶剂性差等缺点。因此，PU和PA在性质上具有一定的互补作用，聚氨酯一聚丙烯酸酯(PUA)共聚乳液能克服各自的缺点，发挥各自的优势，使乳液及涂膜的性能得到明显的改善。通过两者有机结合使材料的综合性能得到显著提高，已经成为研制新型水性聚氨酯的重要途径。本文研究以甲基丙烯酸羟乙酯为封端剂，采用乳液聚合法合成稳定性良好，综合性能优异的水性聚氨酯一丙烯酸酯(PUA)复合乳液。与改性前的PU乳液相比，PUA涂膜耐碱性、耐水性、耐溶剂性和力学性能都明显提高。为聚丙烯酸树酯改性水性聚氨酯乳液的研发获得了重要的设计思路与理论依据。1实验部分主要原料甲苯一2，4一二异氰酸酯(TDI)，工业品，日本进口；聚酯多元醇0W2503)，工业品，分子量2000，羟值为56．82mgKOH／g，无锡市新鑫聚氨酯有限公司；二羟甲基丙酸(DMPA)，工业品，Perst0D公司产品；l，4一丁二醇(BDO)，上海凌峰化学试剂有限公司；甲基丙烯酸羟乙酯(HEMA)，日本进口；甲基丙烯酸甲酯(MMA)，上海凌峰化学试剂有限公司；偶氮二异丁腈(AIBN)，广州化学试剂厂；N，N一二甲基甲酰胺(DMF)，工业品，江苏强盛化工有限公司；三乙胺(TEA)、二丁基二月桂酸锡(DBTDL)和丙酮等试剂均为分析纯，中国医药(集团)上海化学试剂公司。1．2水性聚氨酯一丙烯酸酯复合乳液(PUA)的合成将Jw2503在90~95℃、真空度为0．09MPa的条件下脱水2．5h备用。N保护下，在装有电动搅拌器、温度计、回流冷凝管和通氮导管的四口烧瓶中加入经脱水的Jw2503、TDI和催化剂，同时加入溶剂，水浴加热，升温至62℃，并保持在此温度反应50min，然后加入BDO、DMPA的DMF溶液，继续升温至82℃，保持在此温度下反应1．5h后，降温至62℃，再加入封端剂HEMA反应1h后，加入丙酮稀释预聚物，加入TEA中和，随后再加入一定量溶有AIBN的MMA，混合均匀后，加入一定体积的去离子水，在高速剪切下加水乳化，再于62℃下反应4h后，冷却降温至40℃左右，最后真空减压脱去丙酮，即可得到稳定的水性聚氨酯一丙烯酸酯复合乳液(PUA)。1．3性能测试1．3．1涂膜的制备将PU,PA和PUA乳液分别在聚四氟乙烯板上流延成膜，然后放入烘箱中，在80℃下烘2~3h，制备厚度约为1mm的薄膜。1．3．2测试方法(1)乳液黏度：按GB1723—93进行测试；乳液贮存期：按GB6753．3—86进行测试；(2)耐酸性、耐盐性、耐碱性、耐水性和耐溶剂性：取适量乳液均匀涂于玻璃板上，室温下干燥成膜。称取质量为的薄膜(25mm×25mm)，分别在3％盐酸溶液、3％氢氧化钠溶液、3％氯化钠溶液、甲苯、丙酮和水中浸泡24h，取出后吸干表面上的液体，称量(分别为W1和W2)，按下式计算在甲苯、丙酮中的溶胀度和在水中的吸水率：(4)涂膜拉伸强度和断裂伸长率用LJ-5000N型机械式拉力试验机，测试其拉伸强度和断裂伸长率。拉伸速度为5mm／min。(5)涂膜硬度：采用Lx—A型橡胶硬度计，按GB／T24l2—98进行测试。用裁刀裁取试样，将其平行重叠，使其厚度超过6mm。手持橡胶硬度计，平压在试样上，直至硬度计底面与试样表面平稳地完全接触时起1S内，读出硬度计的读数，即为试样的硬度值。(6)红外光谱分析乳液结构采用FTIR一8700型红外光谱仪(日本岛津制造所)对PU和PUA涂膜进行红外光谱分析。2结果与讨论2,1DMPA用量对乳液性能的影晌在保证n(一NC0)：n(一0H)=1．