水性聚氨酯材料的改性及性能的研究.pdf

1、與溶劑型產(chǎn)品相比，水性聚氨酯(WPU)和水性聚丙烯酸酯(WPA)具有溶劑含量低，生產(chǎn)成本小等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于涂料、印染助劑、彈性體、膠粘劑等領(lǐng)域。將WPU乳液與WPA乳液復(fù)合，制得的水性聚氨酯-聚丙烯酸酯(WPUA)復(fù)合乳液，兼有WPU乳液和WPA乳液的優(yōu)良特性，具有良好的應(yīng)用前景。紫外光固化水性聚（氨酯-丙烯酸酯）(WPUA)涂料具有無毒性、無污染、無刺激性、固化速度快和生產(chǎn)安全等特點(diǎn)，是目前較為活躍的研究和開發(fā)領(lǐng)域，已成為紫外光固

2、化體系的主要發(fā)展方向之一;另一方面，由于納米粒子的小尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)等特殊性質(zhì)，將納米無機(jī)粒子引入到紫外光固化涂料中，可完美結(jié)合納米復(fù)合與紫外光固化技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，大大推動紫外光固化涂料的發(fā)展與應(yīng)用。本論文在水性聚氨酯改性方面，主要做了以下幾部分的工作:
　　 （一）BA與St共改性水性聚氨酯的制備及性能研究本論文以不同摩爾質(zhì)量的聚醚多元醇(NJ-210、NJ-220和NJ-330)、二羥甲基丙酸(DMPA)和異佛爾

3、酮二異氰酸酯(IPDI)為單體，制備水性聚氨酯(WPU)預(yù)聚體。然后用甲基丙烯酸羥乙酯(HEMA)進(jìn)行封端，制備水性聚（氨酯-丙烯酸酯）(WPUA)預(yù)聚體。用不同比例的丙烯酸丁酯(BA)與苯乙烯(St)對其進(jìn)行改性，制備了一系列的WPUA水分散液。研究了WPU和改性WPUA水分散液及涂膜的相關(guān)性能。采用紅外光譜儀(FT-IR)、紫外光譜儀(UV-Vis)和差示掃描量熱儀(DSC)等測試裝置對材料的結(jié)構(gòu)、透光率和熱學(xué)性能等進(jìn)行了表征和測試

4、。結(jié)果表明:與WPU相比，WPUA涂膜的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度和熱性能均得到了改善;當(dāng)BA∶St=3∶7時，制得的WPUA-2-3和WPUA-3-3材料具有理想的機(jī)械性能和耐水性。
　　 （二）BA與不同官能度單體共改性水性聚氨酯的制備及性能研究選用N J-210為單體，同法制備WPUA預(yù)聚體。分別以丙烯酸正丁酯(BA)和不同官能度的單體苯乙烯(St)、三縮丙二醇雙丙烯酸酯(TPGDA)和三羥甲基丙烷三丙烯酸酯(TMPTA)單體，同法對

5、WPUA進(jìn)行改性，制備了一系列改性的WPUA材料，并對WPU和改性WPUA水分散液及涂膜的性能進(jìn)行了系統(tǒng)研究。結(jié)果表明:與WPU材料相比較，WPUA的儲存穩(wěn)定性良好，機(jī)械性能得到很大提高;當(dāng)BA∶St=BA∶TMPTA=3∶7時，WPUA膜的耐水性最佳;當(dāng)BA∶St=BA∶TMPTA=7∶3時，WPUA膜的力學(xué)性能最佳。
　　 （三）紫外光固化WPUA體系的制備及性能研究將同法制備好的水性WPUA預(yù)聚體、活性稀釋劑(BA-TPG

6、DA)和光引發(fā)劑(1173)組成紫外光固化WPUA體系，考察了光引發(fā)劑(1173)、活性稀釋劑中兩單體的比例(BA/TPGDA)和光固化時間等因素對材料性能的影響。結(jié)果表明:當(dāng)活性稀釋劑中BA∶TPGDA=5∶5時，紫外光固化膜具有較好的耐溶劑性;當(dāng)光引發(fā)劑(1173)含量為4.0％時，材料的凝膠率最大且表干時間最短。
　　 （四）紫外光固化WPUA/SiO2雜化體系的制備及性能研究采用sol-gel技術(shù)，制備WPUA/SiO2

7、雜化材料預(yù)聚體。將水性WPUA/SiO2預(yù)聚體、活性稀釋劑(BA-TPGDA)和光引發(fā)劑(1173)組成紫外光固化WPUA/SiO2體系。采用FT-IR、掃描電子顯微鏡(SEM)、透射電子顯微鏡(TEM)和X射線衍射(XRD)等性能測試裝置對材料的結(jié)構(gòu)、表面形貌等進(jìn)行了表征和測試。結(jié)果表明:WPUA/SiO2雜化材料中納米SiO2顆粒具有良好的分散性和相容性;雜化材料膜的機(jī)械性能、耐水性和熱學(xué)性能均優(yōu)于純WPUA材料，且當(dāng)TEOS含量為

8、0.5％時，雜化材料具有最佳的耐水性能。
　　 （五）紫外光固化WPUA/SiO2/TiO2混合雜化體系的制備及性能研究本文還嘗試了多元復(fù)合改性WPUA材料。以二氧化硅和二氧化鈦混合溶膠為改性原料，采用溶膠-凝膠技術(shù)，制備WPUA/SiO2/TiO2復(fù)合雜化預(yù)聚體。同法由預(yù)聚體、活性稀釋劑(BA-TPGDA)和光引發(fā)劑(1173)制備紫外光固化WPUA/SiO2/TiO2體系，并對材料的結(jié)構(gòu)、表面形貌和熱性能等方面進(jìn)行了表征和測