陽離子型水性聚氨酯-丙烯酸酯復(fù)合乳液的合成與表征及相關(guān)性能的研究.pdf

1、聚氨酯(PU)由于具有良好的物理機械性能、彈性、耐有機溶劑、耐磨及可以低溫固化等優(yōu)點,在涂料、膠粘劑等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。水性聚氨酯是近年來在聚氨酯家族中發(fā)展迅速的綠色環(huán)保材料。但其漆膜耐水性不好,機械強度不及丙烯酸酯樹脂。聚丙烯酸酯類樹脂(PA)機械強度高、耐老化、耐光不變黃、耐水性好,以其為基料的涂料具有保光、保色、光亮、耐候和附著力強等優(yōu)點,但又存在著耐有機溶劑性能差、高溫易發(fā)粘、低溫易發(fā)脆等缺點。因此,將水性聚氨酯與聚丙烯酸酯乳

2、液進(jìn)行復(fù)合,可兼有聚氨酯乳液和聚丙烯酸酯乳液的優(yōu)良特性,從而開發(fā)出高性能環(huán)保型涂料,具有廣闊的應(yīng)用前景。雖然這方面的研究已經(jīng)有較多的報道,但如何通過聚合方法,控制乳液粒子形態(tài)及其與乳液性能的關(guān)系,目前尚未見系統(tǒng)的報道。
　　 本論文采用聚醚二醇、4,4’-二苯基甲烷二異氰酸酯、N-甲基二乙醇胺制備含叔胺基聚氨酯。用甲基丙烯酸中和含叔胺基聚氨酯,并用去離子水乳化,得到陽離子型水性聚氨酯。在水性聚氨酯聚合反應(yīng)中,以甲基丙烯酸甲酯作為

3、反應(yīng)體系的稀釋劑,它同時又是制備共聚乳液的反應(yīng)單體,從而避免了在聚合過程中使用丙酮或丁酮。然后分別用油性引發(fā)劑、水性引發(fā)劑及油性/水性混合引發(fā)劑引發(fā)丙烯酸酯單體聚合,制備出乳液粒子形態(tài)為核殼、反相核殼、不規(guī)則三明治結(jié)構(gòu)的水性聚氨酯/丙烯酸酯共聚乳液。應(yīng)用紅外光譜(FT-IR)表征不同粒子形態(tài)的乳液,利用透射電鏡(TEM)、粒徑測試儀,對所制備的共聚乳液的形態(tài)結(jié)構(gòu)、平均粒徑進(jìn)行了表征,同時提出了反應(yīng)機理及粒子形成的理論模型。利用表面接觸角

4、測試和臨界表面張力、表面自由能計算,對膠膜的表面性能進(jìn)行了分析,同時利用原子力顯微鏡(AFM)觀察膠膜表面的微觀形貌及結(jié)構(gòu),更進(jìn)一步解釋了其疏水的原因,并對乳液的穩(wěn)定性及耐化學(xué)試劑性能進(jìn)行了研究。研究結(jié)果表明:
　　 1.通過FT-IR的分析,證實了陽離子型水性聚氨酯及其復(fù)合乳液具有預(yù)期的化學(xué)結(jié)構(gòu)。
　　 2.通過聚合方法的設(shè)計,制備出不同形態(tài)的復(fù)合乳液粒子。TEM觀察結(jié)果表明,陽離子型水性聚氨酯乳液經(jīng)油性引發(fā)劑引發(fā),可

5、得到核殼結(jié)構(gòu)的復(fù)合乳液粒子；經(jīng)過水性引發(fā)劑引發(fā),可得到反相核殼結(jié)構(gòu)的復(fù)合乳液粒子；經(jīng)過油性/水性混合引發(fā)劑引發(fā),可得到不規(guī)則三明治結(jié)構(gòu)的復(fù)合乳液粒子。
　　 3.膠膜表面接觸角測試表明,陽離子型水性聚氨酯膠膜及其復(fù)合乳液膠膜均具有良好的疏水性,與水的接觸角約為110°,與液體石蠟的接觸角約為12°。
　　 4.原子力顯微鏡觀察膠膜表面存在緊密的乳狀突起,突起的直徑約為130nm,形貌結(jié)構(gòu)如同荷葉的表面,解釋了其疏水的原因