環(huán)氧、丙烯酸改性水性聚氨酯合成及性能

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1、一／懶嬲111一·-_I_-I___-_l_____l·____-__-__---_I___--_·________-·I-I__-_l-·__·_-_-__-______·_-o__o-o_-oooo。‘o-?！痏-‘-_-I·l_Il-I-l_·-__oll●，k=?”¨_II¨『IJ¨JJ』JI摘要聚氨酯(PU)是分子鏈段中含氨基甲酸酯結(jié)構(gòu)單元的一類高分子聚合物的總稱，分子鏈上存在大量的極性鍵，分子間易形成氫鍵，氫鍵作用使得涂膜具有優(yōu)異的強度、耐磨、耐水、耐溶劑、耐低溫及粘接等方面性能，廣泛應(yīng)用于涂料、膠黏劑、皮革、紡織

2、、造紙及醫(yī)藥等方面。隨著環(huán)保法規(guī)的確立和人們環(huán)保意識的增強，環(huán)境友好型聚氨酯應(yīng)運而生。水性聚氨酯(WPU)是以水代替有機溶劑作為分散介質(zhì)的新型聚氨酯體系，結(jié)合了溶劑型聚氨酯的高性能和水性乳液的低VOC含量，是優(yōu)異的環(huán)境友好型材料。水性聚氨酯涂料符合發(fā)展涂料工業(yè)的“四E原則"(Economy、Efficience、Ecology、Energy)，然而水性聚氨酯分子中親水性基團(tuán)的存在及樹脂本身的缺陷(如耐溫性差、硬度低、耐老化性差等)，影響了它的使用范圍，許多化學(xué)工作者致力于對其進(jìn)行改性，常見的改性方法有丙烯酸改性、環(huán)氧樹脂改性、

3、有機硅改性、氟改性、植物油改性、納米改性等。本論文在閱讀大量國內(nèi)外文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，根據(jù)本實驗室具體條件，采用一種新的合成方式，制備了環(huán)氧樹脂E-51改性水性聚氨酯(EPU)材料和非離子型丙烯酸改性水性聚氨酯(PUA)材料。具體工作分為兩個部分：1．環(huán)氧樹脂E-51改性水性聚氨酯的合成及性能本節(jié)選用異佛爾酮二異氰酸酯(IPDI)、聚四氫呋喃二醇(P1'MG)、二羥甲基丙酸(DMPA)及一縮二乙二醇(DEG)為主要原料，經(jīng)相轉(zhuǎn)化法合成了陰離子型水性聚氨酯(wPU)自乳化乳液；然后加入過量胺開環(huán)的環(huán)氧樹脂E一51，后擴鏈30rain，

4、得到環(huán)氧樹脂E-51改性水性聚氨酯(EPU)乳液。并對這種材料進(jìn)行了力學(xué)、耐水性、硬度、粘度、存儲穩(wěn)定性、粒徑、結(jié)構(gòu)及熱力學(xué)等方面的測試，與改性前進(jìn)行比較，研究了不同環(huán)氧樹脂E-Sl添加量對乳液粒徑、粘度、存儲穩(wěn)定性及膠膜強度、接觸角、吸水率、硬度、耐熱性等方面的影響。結(jié)果表明：(1)TEM觀察及粒徑測試表明WPU及EPU乳液粒子呈球狀，乳液平均粒徑均小于100rim，隨著環(huán)氧樹脂E．5l添加量的提高，EPU乳液的平均粒徑增大，且乳液粒徑分布變寬；(2)乳液粘度隨著環(huán)氧樹脂E．51添加量的提高而增大，當(dāng)環(huán)氧樹脂E．5l添加量達(dá)

5、8％時乳液穩(wěn)定性較差；環(huán)氧、丙烯酸改性水性聚氨酯的合成及性能(3)紅外光譜分析表明，乙二胺成功開環(huán)環(huán)氧樹脂E．51，且EPU中存在環(huán)氧樹脂E．51特征吸收峰；(4)力學(xué)測試表明，隨著環(huán)氧樹脂E．51添加量的提高，膠膜拉伸強度逐漸增大，斷裂伸長率逐漸降低；(5)耐水性及接觸測試表明，環(huán)氧樹脂E．51的添加明顯降低膠膜吸水率，且接觸角隨著環(huán)氧樹脂E．5l添加量的提高而增大；(6)TGA及MCC測試表明，環(huán)氧樹脂E．5l的添加提高了膠膜的耐熱性，膠膜熱釋放速率隨著環(huán)氧樹脂E．51添加量的提高而降低，膠膜的阻燃性得到提高。2．丙烯酸改

6、性水性聚氨酯的合成及性能本節(jié)選用異佛爾酮二異氰酸酯(IPDI)、聚氧化丙烯二醇(N-210)、聚氧化乙烯二醇(PEG)等為基本原料，合成端異氰酸根的聚氨酯預(yù)聚體；然后采用丙烯酸羥乙酯(HEA)將雙鍵引入到聚氨酯主鏈上，最后經(jīng)相轉(zhuǎn)化法合成了非離子型雙鍵封端水性聚氨酯(HPU)乳液。然后采用熱引發(fā)方式，和甲基丙烯酸甲酯(MMA)及丙烯酸丁酯(BA)進(jìn)行自由基聚合，將丙烯酸單體接到水性聚氨酯主鏈上，得到非離子型丙烯酸改性水性聚氨酯(PUA)乳液。并對這種材料進(jìn)行了耐水性、粒徑、電鏡、結(jié)構(gòu)及熱力學(xué)等方面的測試，與改性前進(jìn)行比較，分析了

7、不同丙烯酸含量對乳液粒徑、粒子形貌及膠膜吸水率及熱力學(xué)等方面的影響。結(jié)果表明：(1)TEM觀察及粒徑測試表明HPU乳液粒子呈球狀，PUA及PA乳液粒子有明顯核殼結(jié)構(gòu)；乳液平均粒徑均小于100nto，PA及HPU乳液粒徑分布較窄，隨著HPU添加量的提高，PUA乳液的平均粒徑增大，且乳液粒徑分布變寬；(2)乳液粘度隨著HPU添加量的增加而提高，膠膜耐水性隨著HPU添加量的提高而降低；(3)紅外光譜分析表明，采用理論HEA添加量的120％，于70℃反應(yīng)3h，封端反應(yīng)進(jìn)行的比較完全，PUA中含有HPU及PA的特征吸收峰；(4)TGA及

8、DSC測試表明，PUA膠膜的耐溫性較HPU有明顯提高，且隨著丙烯酸單體含量的增加而提高，且膠膜的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度隨著丙烯酸單體含量的增加而提高。關(guān)鍵詞：水性聚氨酯；改性；環(huán)氧樹脂；丙烯酸AbstractPolyurethane(PtOisoneclassofpolymerswh