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丙烯酸酯改性水性聚氨酯乳液的制备及性能研究
摘要
本研究以丙烯酸酯作为改性剂，通过反应聚氨酯前体与丙烯酸酯，制备了一种新型的丙烯酸酯改性水性聚氨酯乳液。经过表征和性能测试，证明该乳液具有优异的力学性能、稳定性和耐水性，适用于多种水性涂料的制备。
关键词：丙烯酸酯改性，水性聚氨酯，乳液，力学性能，稳定性，耐水性
引言
水性聚氨酯因为其环保、低溶剂、高固含量等优点，已逐渐取代溶剂型聚氨酯，成为新型涂料材料的重要代表。但是，水性聚氨酯的力学性能和耐水性都有待进一步提高。为此，本研究选用丙烯酸酯这一常见的改性剂，通过将其加入聚氨酯前体，来改善水性聚氨酯的性能，同时制备丙烯酸酯改性水性聚氨酯乳液。
实验部分
聚氨酯前体的合成
将异氰酸酯、二元醇、三元醇和有机溶剂按一定摩尔比加入反应釜，加热至反应生成聚氨酯前体，过滤得到纯净胶体。
丙烯酸酯改性乳液的制备
为了提高水性聚氨酯的性能，选取甲基丙烯酸甲酯作为改性剂，将其与聚氨酯前体按不同的摩尔比进行反应，得到丙烯酸酯改性的聚氨酯预聚物。再将预聚物分散于离子水中，并加入稳定剂，搅拌混合30min，用高压均质机进行均质处理，得到乳液样品。将该样品置于恒温振荡器中，并将温度控制在25℃，连续振荡72h，将乳液的稳定性和离析度测定出来。
乳液的表征和性能测试
乳液的外观、颜色和粘度、粒径分布等性能指标进行表征，使用DMA测试聚氨酯乳液的动态力学性能，SEM测试乳液的微观形貌，同时对乳液的耐水性进行测试。
结果和讨论
聚氨酯前体的制备
通过傅里叶变换红外光谱分析，可以看到，在聚氨酯前体发生反应前后，吸收峰的位置和强度发生了较大变化。其中1591和1725cm^-1处的吸收峰表示了N-H和C=O基团的震动，反应后两个峰的位置和强度有所改变，表明反应已经发生。同时，还通过TGA热重分析仪对聚氨酯前体进行分析，得到其热稳定性较高，适合作为涂料材料的基础。
丙烯酸酯改性乳液的制备和表征
通过聚合物红外光谱、1H-NMR和GPC分析，发现预聚物中已经成功添加了丙烯酸酯，对聚氨酯的分子结构造成了一定的改变，同时有助于提高水性聚氨酯的抗水性和耐磨性。在乳液的表征中，发现丙烯酸酯改性乳液的表面活性剂含量较低，粘度较高，但是其颜色和透明度很好。粒径分布图显示，丙烯酸酯改性乳液的粒径分布比较均匀，平均粒径在100nm左右。此外，通过DMA等仪器测试，发现丙烯酸酯改性水性聚氨酯乳液的力学性能得到了明显提升。
乳液的性能测试
乳液的耐水性是衡量其品质的重要参数之一，通过耐水性测试，发现丙烯酸酯改性水性聚氨酯乳液的溶液稳定性得到了显著提高。
结论
本研究成功制得一种简单可行的丙烯酸酯改性水性聚氨酯乳液，该乳液具有优异的力学性能、稳定性和耐水性，为涂料等材料的制备提供了一种新型选择。未来研究还可探索如何将丙烯酸酯改性的水性聚氨酯用于特殊涂料、封闭材料和粘合剂等领域的应用。