含氟丙烯酸酯改性水性聚氨酯的合成、表征与应用

摘要

水性聚氨酯具有强度高、弹性好、耐磨、成膜温度低和窒温可固化等优点而被广泛应用于胶黏剂、织物整理剂、皮革和涂料等领域，同时又因无毒不燃环保的特点而成为未来材料发展的方向之一。但目前市场上水性聚氨酯存在耐水性差和耐热性不佳的缺点，使其应用受到限制。近年来，技术人员和科研工作者在提高水性聚氨酯耐水性方面都做了大量的工作，包括利用丙烯酸酯、有机硅和有机氟等来改性水性聚氨酯，且都取得了一定的成绩。但由于在乳液稳定性和胶膜相容性方面都还存在着明显的不足，这些研究大都还停留在实验室研究阶段。而一度被广泛应用的共混改性技术，也因稳定性差和配伍性不佳正逐渐为新型树脂所取代。所以通过化学方法实现水性聚氨酯耐水性提高、稳定性改善和相容性变好，是目前水性聚氨酯亟待解决的问题。
　　 本论文从“粒子设计”的思想出发，采用乳液聚合法合成了具有核壳结构的含氟丙烯酸酯改性水性聚氨酯(FPUA)复合乳液。系统研究了丙烯酸酯(PA)单体预乳化方式、核壳键合方式、引发剂类型、含氟乳化剂用量，含氟单体用量等因素对聚合物复合乳液及其乳胶膜性能的影响。分别通过傅里叶红外光谱(FT-IR)和高分辨透射电镜(TEM)等分析方法对聚合物分子结构和乳胶粒核壳结构进行表征，通过原子力显微镜(AFM)、光电子能谱仪(XPS)、接触角测量仪(CA)、热失重分析仪(TG)、差示扫描量热(DSC)等测试手段研究了乳胶膜表面形态、表面元素组成、表面能、热力学性能和机械性能等。结果显示，当氟单体用量20wt％、含氟乳化剂用量0.3wt％，采用单体前乳化工艺，在油溶性引发剂AIBN的作用下，乳胶粒呈现出明显的核壳结构，粒子大小均匀，乳液稳定性好，材料相容性好，胶膜表面能降低至22mN/m，胶膜耐热性得到很大程度的提高。使用1.5wt％的这种整理剂对棉织物进行处理后，织物的拒水性达100分，拒油性能6级。