水性聚氨酯丙烯酸酯复合乳液的合成及其改性研究

摘要

聚氨酯材料因其强度高、柔韧性好、耐磨、耐化学腐蚀性优良等优点，广泛应用于涂料、胶黏剂、皮革涂饰剂、橡塑等领域。近年来，随着环保法规的日益完善，人们环境意识的不断增强，开发具有低毒、环保、节能的水性聚氨酯（WPU）材料成为研究热点。但是，单组分WPU大多为线性的热塑性聚合物，缺乏交联性结构，所以存在力学性能和耐溶剂性能不足等问题。聚丙烯酸酯（PA）具有良好的耐候性，涂膜硬度，优异耐水耐溶剂性，故其与聚氨酯在性能上存在很强的互补性。因此，本文主要研究了丙烯酸酯改性PU，以其得到性能优异的水性聚氨酯材料。
　　采用原位聚合法合成了一种无皂丙烯酸酯改性水性聚氨酯乳液（HWPUA），并以此为基础，分别引入有机硅和环氧丙烯酸酯对HWPUA复合乳液进行改性。研究了其结构对性能影响，为聚氨酯丙烯酸酯复合乳液（WPUA）的合成及其改性的研究提供了理论依据。
　　1)以聚己二酸新戊二醇酯二醇（PNAL），六亚甲基二异氰酸酯（HDI），2,2-二羟甲基丙酸（DMPA），苯乙烯(St)，丙烯酸丁酯（BA）等为主要原料合成聚氨酯/聚丙烯酸酯乳液（HWPUA），采用红外光谱（FT-IR）对产物的结构进行了表征，考察了乙烯基单体含量、m（St）:m（BA）、DMPA含量等因素对HWPUA性能的影响。结果显示：当w（PA）=30％、初始n（-NCO）﹕n（-OH）=6﹕1、w（DMPA）=6%、m（St）:m（BA）=6﹕4时，所得 WPUA乳液性能稳定，吸水率降低至19.5%，比较未改性聚氨酯的吸水率40.53%，吸水率降低了51.89%，制备出了具有良好耐水性能和耐热性能的HWPUA复合乳液。
　　采用扫描电镜（SEM）、X射线衍射仪（XRD）等对HWPUA的微观形貌和结晶性能进行了研究。SEM表明，聚氨酯材料中硬段软段排列有序且分布较为均匀，随着丙烯酸酯的引入，漆膜的表面变得粗糙，体系中两相相容性增加。PU、HWPUA都存在较宽的非晶态的弥散峰，表明所有样品都没有明显的结晶。热性能分析表明随着丙烯酸酯的加入，聚氨酯材料的热稳定性得以提高。
　　2)采用聚己二酸新戊二醇酯二醇（PNAL）、六亚甲基二异氰酸酯(HDI)、2,2-二羟甲基丙酸（DMPA）、三羟甲基丙烷(TMP)进行预缩聚，以氨丙基三乙氧基硅垸(KH550) 和甲基丙烯酸羟乙酯(HEMA)作为封端剂，合成聚氨酯种子乳液。加入苯乙烯(St)、丙烯酸丁酯(BA)制得有机硅改性HWPUA复合乳液（Si-HWPUA）。通过FT-IR对其结构进行表征，DLS、透射电镜(TEM)对其乳液的粒径及其形貌进行表征，TG、XRD等对Si-HWPUA热稳定性和结晶性能进行分析。随着KH550的加入，HWPUA的性能有显著提高，当w(KH550)=5%时，其具有优异的耐水性和热稳定性。
　　3)以HWPUA复合乳液为基础，加入交联性单体甲基丙烯酸缩水甘油醚（GMA），合成一种环氧改性的HWPUA乳液（G-HWPUA）。通过红外对G-HWPUA的结构进行表征。乳液稳定性、热分析、吸水率测试结果显示：当GMA加入量为27%时，G-HWPUA具有良好的储存稳定性和耐水性，耐热性能，吸水率最低为4.86%。

目录

声明

1引言

1.1水性聚氨酯概述

1.2水性聚氨酯的结构及性能

1.3水性聚氨酯的应用

1.4水性聚氨酯的改性研究

1.5水性聚氨酯丙烯酸酯复合乳液

1.6选题依据与研究内容

参考文献

2 HDI型WPUA复合乳液的合成

2.1前言

2.2实验部分

2.3结果与讨论

2.4本章小结

参考文献

3有机硅对HWPU乳液的改性研究

3.1前言

3.2实验部分

3.3结果与讨论

3.4本章小结

参考文献

4交联型HWPUA复合乳液的合成及其性能研究

4.1前言

4.2实验部分

4.3结果与讨论

4.4本章小结

参考文献

5总结

致谢

攻读学位期间取得的科研成果