聚氨酯微交联弹性乳液的制备与研究.docx

聚氨酯微交联弹性乳液的制备与研究

纪晨旭，姚金水*，孙希军，王大伟
(山东轻工业学院材料科学与工程学院，济南250353)

摘要：通过丙烯酸－β－羟乙酯与端异氰酸酯基聚氨酯预聚物的反应，制备了可参与聚合的聚氨酯大单体，并作为交联剂，采用乳液聚合的方法，对丙烯酸酯乳液进行改性，制备弹性乳液。考察了聚氨酯、乳化剂的用量以及温度对乳液的影响。对乳液涂膜进行了FTIR和DSC的表征。研究证明，改性乳液具有较好的成膜性，其涂膜具有较好的弹性和机械性能。
关键词：聚氨酯，交联剂，弹性乳液，微交联

ThePreparationandResearchofPolyurethaneMicro-cross-linkingelasticEmulsion

JIChen-xuYAOJin-shui*SUNXi-junWANGDa-wei
(SchoolofMaterialsScienceandEngineering,ShandongInstituteofLightIndustry,Jinan,250353,China)

Abstract:Thepolyurethanecross-linkingagentwaspreparedbyHEAandpolyurethaneprepolymer.Theelasticemulsionwaspreparedbyemulsionpolymerizationthroughthemodificationofacrylateemulsion.Theinfluenceofthetemperatureandthecontentofpolyurethaneandemulsifierswerediscussed.ThefilmswerecharacterizedbyFTIRandDSCmeasurement.Thestudieshaveshownthat,thereisabetterfilmingandofthemodifiedemulsionandtherearebettermechanicalpropertiesoftheelasticfilm.
Keywords:polyurethane,cross-linkingagent,elasticemulsion,micro-cross-linking

现在普遍采用的乳胶漆用乳液如纯丙乳液，苯丙乳液等，都是线性共聚物。常温下处于玻璃态，冬天难免变得硬而脆，容易产生微裂纹而失去保护和装饰作用[1]。为此，就需要增加软单体用量以降低其玻璃化温度，而使其在常温下具有弹性，但这又同时降低了其粘流温度，耐粘污性显著下降，导致夏天容易变软甚至发粘。而弹性乳液在增加软单体的同时引入微交联，既降低了玻璃化温度，又避免了夏天发粘的问题。其弹性通过交联键来维持，就像橡胶的硫化一样。因此，弹性乳液的合成成为乳胶漆用乳液的研究热点。
鉴于此，本课题组利用双键封端型聚氨酯作为交联剂对丙烯酸酯乳液进行改性，制备微交联弹性乳液。通过此方法既制备了弹性乳液，又使该乳液兼具聚氨酯和丙烯酸酯乳液的优点[2,3]。在制备乳液的过程中，避免了有机溶剂的使用，降低了有机溶剂对乳液性能的影响及对环境的污染，减少了生产成本。通过聚氨酯的交联作用，显著提高了复合乳液的成膜性及涂膜的弹性和机械性能。
1实验部分
1.1试剂
过硫酸钾（KPS），天津市化学试剂三厂;辛基酚聚氧乙烯醚（OP-10）,天津市河东区红岩试剂厂;丙烯酸丁酯（BA），天津市光复精细化工研究所；2,4－甲苯二异氰酸酯（TDI）：天津市美宇化工有限公司；聚醚二醇（DL-1000）、丙烯酸－β－羟乙酯（HEA）、甲基丙烯酸甲酯（MMA）、十二烷基硫酸钠（SDS）、PH值缓冲剂：碳酸氢钠，天津市博迪化工有限公司；所用试剂均为分析纯（AP）。
1.2实验仪器
NEXUS470FT-IR红外光谱仪(美国Nicolet公司)，JB50－D型增力电动搅拌器，四口烧瓶(250mL)，电接点式玻璃温度计，电压调节控制器。
1.3实验步骤
1.3.1聚氨酯交联剂的制备[4-6]
将TDI水浴加热到60℃左右，减压使烧瓶内保持一定的真空度并进行搅拌，后加入脱水后的DL-1000使其在60℃反应0.5h，然后升温到80℃反应2h，得到聚氨酯预聚物。再加入HEA对聚氨酯预聚物进行封端，反应2h，得到双键封端型聚氨酯。反应式如图1：

图1制备双键封端型聚氨酯反应式
Fig1Chemicalequationofcappedpolyurethane
1.3.2弹性乳液的制备[7-9]
在装有温度计、搅拌器、恒压漏斗和回流冷凝管的四口瓶中加入适量乳化剂、水和pH值缓冲剂，强烈搅拌充分溶解；然后采用MMA，BA充分溶解聚氨酯交联剂得到混合单体，此过程中无需加入乳化剂；引发剂用去离子水充