短链含氟丙烯酸酯改性水性聚氨酯的合成与性能

摘要

本课题针对水性聚氨酯涂膜耐水性不够理想的问题，采用短链含氟丙烯酸酯对水性聚氨酯进行改性。一种是接枝改性，采用自乳化法制备 C=C双键封端的水性聚氨酯乳液，然后以此作为大分子乳化剂，采用单体预乳化法制备不同氟含量的聚氨酯-含氟丙烯酸酯（FPUA）复合乳液，采用红外光谱（FTIR）、热分析（TG-DTA）、原子力显微镜分析（AFM）、光电子能谱分析（XPS）等测试方法，表征了乳液的结构和性能，并研究了合成及应用工艺。另一种是共混改性，先分别制备出含氟丙烯酸酯乳液和水性聚氨酯乳液，然后按照不同比例共混、成膜，研究了氟含量对含氟丙烯酸酯-聚氨酯共混乳胶膜梯度结构和表面性能的影响。主要得出以下结论：
　　1、采用自乳化法合成C=C双键封端的CCWPU乳液，然后以此作为大分子乳化剂，采用单体预乳化法制备了FPUA复合乳液。FPUA乳液性能稳定，粒子分布均匀，有明显的核壳结构。优化的合成工艺为：反应温度为70℃，反应时间为5小时，引发剂用量为1.5%，TFBMA的用量为40%。
　　2、FPUA乳液在成膜过程中，氟原子逐渐向膜的表面迁移，TFBMA用量增大，膜表面的氟原子含量逐渐增多。甲基丙烯酸六氟丁酯改性水性聚氨酯，使得胶膜的力学性能、热学性能提高，胶膜与水的静态接触角由66.5°变为100.9°，表面自由能由45.7 mJ·m-2下降到20.2 mJ·m-2，胶膜的吸水率由36.2%下降到9.3%，较大程度地提高了聚氨酯膜的疏水性和耐水性。
　　3、FPUA乳液作为防水透湿整理剂用于棉织物的防水透湿整理，具有较好的持久性。在碱性和较低无机盐浓度条件下，经整理剂处理过的棉织物具有很强的疏水性，与去离子水的静态接触角可达到130.3°，拒水性达到90分。优化的工艺条件为：防水透湿整理剂浓度为100g/L，焙烘温度为160℃，焙烘时间为3min。
　　4、将制备的含氟丙烯酸酯共聚乳液与水性聚氨酯乳液按照不同的比例共混，然后将共混乳液在室温下的玻璃基材上干燥成膜，再热处理一段时间,可以得到含氟组分在膜与空气接触面富集、聚氨酯组分在膜与玻璃接触面富集的共混乳胶膜，这种乳胶膜在膜厚度方向上具有氟元素含量浓度梯度结构。
　　5、当共混体系中含氟组分的含量低于30%时，膜中含氟组分浓度梯度结构不明显，含氟组分含量高于30%后，膜厚度方向上的含氟组分浓度梯度结构尺度更大，但膜与玻璃界面的氟含量也略有增加。热处理有利于含氟组分向膜与空气界面迁移并富集，可以使膜厚度方向上氟元素的浓度梯度尺度更大。

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第一章 绪 论

1.1 引言

1.2 水性聚氨酯的研究

1.3 有机氟改性水性聚氨酯的研究

1.4 本文的研究目的、意义及内容

第二章 短链含氟丙烯酸酯改性聚氨酯乳液的合成

2.1 引言

2.2 实验原料

2.3 实验仪器及设备

2.4 合成原理

2.5 合成方法及步骤

2.6 性能测试与表征

2.7 短链含氟丙烯酸酯改性水性聚氨酯乳液的合成工艺优化

2.8 本章小结

第三章 含氟丙烯酸酯改性聚氨酯乳液的结构与性能

3.1 引言

3.2 实验仪器及设备

3.3 结构表征及性能测试

3.4 短链含氟丙烯酸酯改性水性聚氨酯乳液的结构与性能

3.5 含氟丙烯酸酯的用量对FPUA胶膜性能的影响

3.6 本章小结

第四章 含氟丙烯酸酯改性水性聚氨酯乳液的应用

4.1 引言

4.2 实验原料

4.3 实验仪器及设备

4.4 应用工艺

4.5 性能测试与表征

4.6 FPUA乳液的应用效果

4.7 应用工艺条件优化

4.8 织物整理前后性能对比

4.9 本章小结

第五章 含氟丙烯酸酯-聚氨酯共混乳胶膜梯度结构

5.1 引言

5.2 实验原料

5.3 实验仪器及设备

5.4 样品制备

5.5 性能测试

5.6 共混乳胶膜性能研究

5.7 本章结论

第六章 结 论

参考文献

攻读学位期间本人出版或公开发表的论著、论文

致谢