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                        丙烯酸酯改性水性聚氨酯乳液性能的研究

                        文章作者:環耐球場材料 發布時間:
                        丙烯酸酯改性水性聚氨酯乳液性能的研究 用乳液聚合的方法制備出丙烯酸酯改性的水性聚氨酯共聚乳液(PUA乳液),并對PUA乳液的耐溶劑性、熱性能和機械性能進行了初步的研究。結果表明,具有核殼結構的PUA乳液耐溶劑性、熱穩定性和機械性能比水性PU有明顯的提高。 關鍵詞:水性聚氨酯;共聚; 核殼結構 ?1.前言 水性聚氨酯乳液(水性PU)具有耐低溫、柔韌性好等優點,但也有耐高溫性能不佳、耐水性差等缺點。丙烯酸酯乳液(PA)具有較好的耐水性、耐侯性,但存在硬度大、不耐溶劑等缺點。用丙烯酸酯對水性聚氨酯改性,可把二者的優點結合起來,克服各自的缺點。我們采用在水性聚氨酯乳液中滴加丙烯酸酯,進行乳液聚合的方法,制備出了性能優異、具有核殼結構的水性聚氨酯與丙烯酸酯共聚乳液(PUA)<1,2>,并對乳液及膠膜的熱性能和機械性能進行初步的探討。 ?2.實驗部分 ?2.1.主要原料 水性聚氨酯乳液,自制;甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸,工業品,北京東方化工廠;丙烯酰胺,化學純,進口分裝;OP—10;十二烷基硫酸鈉;K2S2O8等。 ?2.2.實驗過程 在四口燒瓶中加入水性聚氨酯和乳化劑,快速攪拌乳化0.5 h。在80℃下滴加丙烯酸酯混合單體及丙烯酰胺,并滴加K2S2O8,3 h內滴加完畢。在80℃下保溫反應2 h后,冷卻出料。 ?2.3.性能測試 膠膜的制備 將乳液在聚四氟乙烯板上流延成膜,然后放入烘箱中,在80℃下烘2~3 h,制備出厚度約為1 mm的膜。 吸水性的測定 稱取質量為W1的乳膠膜,浸入去離子水中,24 h后取出用濾紙揩去表面水,稱質量W2,吸水性可按下式計算: 吸水性/% = <(W2-W1)/ W1>×100 膜的機械性能的測定 用INSTRON4302型拉力機測拉伸強度和斷裂伸長率。拉伸速度為5 mm·min-1。 膜的熱性能分析 用PERKIN ELMER熱失重分析儀(TGA)對膜進行熱分析。升溫速度為20℃·min-1,氣氛為氮氣。 玻璃化溫度的測定 用PERDIN ELMER DSC熱分析儀測玻璃化溫度。 ?3.結果與討論 ?3.1.丙烯酸酯改性對水性聚氨酯玻璃化溫度的影響 從(升溫速度20℃·min-1)(升溫速度10℃·min-1)可以看出,PU有2個玻璃化溫度,低溫是軟段的玻璃化溫度Tg1,高溫是硬段的玻璃化溫度Tg2;PUA有1個玻璃化溫度Tg。當升溫速度為10℃·min-1時,在PUA的大臺階中還存在1個小臺階,這表明在PUA中聚氨酯(PU)和聚丙烯酸酯(PA)并不完全相容,還有一定的相分離,只是二者比較接近,表現為1個玻璃化溫度。當升溫速度為20℃·min-1時,這個小臺階將消失。這種相分離呈現出核殼型復合乳液類似的熱行為特征<3>,小臺階越大,說明相分離程度越大。 ?3.2.丙烯酸酯改性對水性聚氨酯膠膜熱穩定性的影響 改性后的水性PUA的初始分解溫度比水性PU升高約150℃,耐熱性能大為提高。這可能是因為以PU為核、丙烯酸酯為殼,以及通過接枝形成的核殼結構,增強了各基團的熱穩定性,使分解變得較為困難。 ?3.3.丙烯酸酯改性對水性聚氨酯膠膜機械性能的影響 由表1可以看出,經過改性后,PUA的拉伸強度比PU要大,而斷裂伸長率降低,膠膜變硬。其原因可能是PUA中存在著PA與PU的相分離,使膠膜的機械強度變大<4>。 表1 PU和PUA的機械性能 樣品類型 拉伸強度/MPa 斷裂伸長率/% 模量/MPa 水性PU 2.29 919.3 72.8 水性PUA 8.58 89.5 289.5 3.4.丙烯酸酯改性對水性聚氨酯膠膜耐溶劑性的影響 表2是水性PU和PUA的耐溶劑實驗結果。從表中可以看出,PUA膠膜的耐溶劑性明顯優于PU,改性效果顯著,這說明由于形成了核殼結構,發揮了協同、優勢互補的作用<5>。 表2 PU和PUA的耐溶劑性能(室溫,24 h) 樣品類型 水 無水乙醇 丙酮 二甲酰胺 四氫呋喃 甲苯 水性PU 嚴重溶脹 溶解 溶解 溶解 溶解 溶解 水性PUA 吸水性 16.44% 溶脹 溶脹 部分溶解 溶脹 溶脹 ?4.結論 用丙烯酸酯對水性PU進行共聚改性,可得到具有核殼結構的水性PUA乳液。該乳液具有良好的耐溶劑性、熱穩定性和機械性能。

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