水性含氟聚氨酯及應(yīng)用

《水性含氟聚氨酯及應(yīng)用》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在應(yīng)用文檔-天天文庫。

1、1.1水性聚氨酯聚氨酯(PU)是聚合物分子鏈內(nèi)含有相當(dāng)數(shù)量的氨基甲酸酯單元(-NH-COO-)的高分子化合物。根據(jù)分散體系的不同分為溶劑型聚氨酯和水性聚氨酯[1,2]。相對而言,溶劑型聚氨酯的研究更早,更深入,應(yīng)用也更普遍,但是由于溶劑型聚氨酯在合成過程中使用大量有機溶劑，在制備、儲存、運輸、使用過程中，不僅存在嚴(yán)重的安全隱患，還由于有機揮發(fā)物的排放，污染環(huán)境。隨著當(dāng)今社會環(huán)保意識日益增強，人們?nèi)粘Ｉ钪袑Ω鞣N建筑、涂料、染整、紡織、皮革等方面的環(huán)保要求也逐漸提高，因此，水性聚氨酯也廣泛的滲透到社會的方方面面。聚氨酯水乳液廣泛應(yīng)用于涂

2、料、紡織、印刷、印染、造紙、皮革涂飾等行業(yè)，且使用領(lǐng)域還在不斷擴大[3-4]。水性聚氨酯的發(fā)展概況。水性聚氨酯是指聚氨酯溶解于水或分散于水中而形成的一種聚氨酯，有人也稱水性聚氨酯為水系聚氨酯或水基聚氨酯。依其外觀和粒徑將水性聚氨酯分為三類：聚氨酯水溶液(粒徑小于0.001微米，外觀透明)、聚氨酯分散液(粒徑在0.001-0.1微米，外觀半透明)，聚氨酯乳液(粒徑大于0.1微米，外觀白濁)。但習(xí)慣上后兩類有時又統(tǒng)稱為聚氨酯乳液或聚氨酯分散液，區(qū)分并不嚴(yán)格。實際應(yīng)用中，水性聚氨酯以聚氨酯乳液或分散液居多，水溶液少。然而，當(dāng)前水性聚氨酯分散

3、體的合成時通常采用所謂內(nèi)乳化工藝，即在聚氨酯分子鏈中引入親水性基團而獲得具有自乳化性能的聚氨酯，它可以在弱的機械作用下分散于水中，引入分子鏈中的親水基團能使其穩(wěn)定分散。但是親水基團通常是通過共價鍵連接在分子中，從而使得分散體干燥成膜后親水基團會保留在分散體的膜材料表面，導(dǎo)致對膜材料的疏水性產(chǎn)生不良影響。1.2水性含氟聚氨酯眾所周知，氟碳化合物具有極低的表面張力，所以將有機氟材料廣泛用于各種材料的表面能改性亦獲得類似的低表面能，同樣，將有機氟功能鏈段引入其他高分子結(jié)構(gòu)中合成含氟高分子乳液或分散體是有機氟功能材料的發(fā)展方向之一，這類高分子

4、材料在成膜后由于氟的低表面能，氟將在材料表面富集同樣達到有機氟功能材料的低表面能[5-6]。含氟高分子乳液以水作為分散介質(zhì)同時還具有安全環(huán)保的特點，其他高分子鏈段還可以賦予氟改性材料與基體的優(yōu)良粘合，其中聚氨酷類的改性研究就有很實際的工業(yè)應(yīng)用意義，如含氟聚氨酯類高分子乳液廣泛應(yīng)用于皮革，紡織，涂料，染整等工業(yè)領(lǐng)域[7-8]；既能改善水性聚氨酯材料的表面性能，同時較低的含氟量可大幅降低材料成本。目前，國內(nèi)外研究較為深入的是丙烯酸類的含氟乳液[9-11]，而國內(nèi)含氟水性聚氨酯的研究和開發(fā)在國內(nèi)應(yīng)用化研究少見報道?？紤]到聚氨酯比丙烯酸酯聚合

5、物具有更優(yōu)異的性能，如良好的力學(xué)性能、耐溶劑等等，采用水性聚氨酯作為基質(zhì)材料，結(jié)合氟碳材料的低表面能，以求得到一種新的既有聚氨酯材料的優(yōu)異特性，而又有氟碳材料良好的低表面能高分子材料，使之能滿足涂料、皮革涂飾、染整、紡織后處理等方面的應(yīng)用，所以對含氟水性聚氨酯的合成和其膜的結(jié)構(gòu)性能方面開展了一些有意義的探索研究。1.3水性含氟聚氨酯的研究進展用非共聚型核殼乳液聚合法制備水性含氟聚氨酯一般首先采用傳統(tǒng)的方法合成水性聚氨酯，聚氨酯水分散體的親水性離子基團分布在微膠粒表面從而形成一種穩(wěn)定的膠體體系，然后加入含氟的丙烯酸酯類化合物，由于親水-

6、憎水效應(yīng)，含氟丙烯酸酯進入聚氨酯膠粒內(nèi)部引發(fā)聚合，形成具有核-殼結(jié)構(gòu)的水性含氟聚氨酯分散乳液。據(jù)文獻報道采用非共聚型核殼乳液聚合法制備的水性含氟聚氨酯復(fù)合乳液與將含氟聚丙烯酸酯和聚氨酯直接物理共混得到的水性含氟聚氨酯分散乳液相比，具有明顯的優(yōu)點，采用核殼乳液聚合法得到水性含氟聚氨酯的相容性比后者好，得到的膜更透明，對水的接觸角隨時間的增加而降低的速度明顯小于物理共混得到的水性含氟聚氨酯，其拉伸強度也明顯高于采用物理共混得到的水性含氟聚氨酯。但是，采用非共聚型核殼乳液聚合法得到的水性含氟聚氨酯仍存在不足。如大部分仍以單純的聚氨酯和含氟聚

7、丙烯酸酯的形式存在，使得這種復(fù)混狀態(tài)的樹脂在成膜后，由于其結(jié)構(gòu)形態(tài)所限，不能充分發(fā)揮聚氨酯和含氟聚丙烯酸酯各自的優(yōu)點。為了彌補上述非共聚型核殼乳液聚合法的不足，有研究者采用共聚型核殼乳液聚合法制備水性含氟聚氨酯。該方法是將聚氨酯和含氟丙烯酸酯單體通過化學(xué)鍵連接，與非共聚型核殼乳液聚合法得到的復(fù)合材料相比，共聚復(fù)合能得到在分子級別的多組分復(fù)合以及均一的多組分復(fù)合結(jié)構(gòu)，因此，得到的復(fù)合材料更能充分體現(xiàn)各組分的優(yōu)點[12]。Jiang等[13-14]就采用這種方法制備了水性含氟聚氨酯。他們先采用異佛爾酮二異氰酸酯(IPDI)、聚乙二醇(PE

8、G)、二羥甲基丙酸(DMPA)進行縮聚，再用甲基丙烯酸羥乙酯分子單體，然后將該大分子單體作為表面活性劑和反應(yīng)單體與丙烯酸六氟丁酯(HFBN)進行乳液聚合，首次利用乳液共聚的方法制備了具有核殼結(jié)構(gòu)的新型水性含氟聚氨酯丙烯酸