环氧、丙烯酸改性水性聚氨酯合成及性能

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1、一／懒嬲111一·-_I_-I___-_l_____l·____-__-__---_I___--_·________-·I-I__-_l-·__·_-_-__-______·_-o__o-o_-oooo。‘o-。’_-‘-_-I·l_Il-I-l_·-__oll●，k=⋯”¨_II¨『IJ¨JJ』JI摘要聚氨酯(PU)是分子链段中含氨基甲酸酯结构单元的一类高分子聚合物的总称，分子链上存在大量的极性键，分子间易形成氢键，氢键作用使得涂膜具有优异的强度、耐磨、耐水、耐溶剂、耐低温及粘接等方面性能，广泛应用于涂料、胶黏剂、皮革、纺织

2、、造纸及医药等方面。随着环保法规的确立和人们环保意识的增强，环境友好型聚氨酯应运而生。水性聚氨酯(WPU)是以水代替有机溶剂作为分散介质的新型聚氨酯体系，结合了溶剂型聚氨酯的高性能和水性乳液的低VOC含量，是优异的环境友好型材料。水性聚氨酯涂料符合发展涂料工业的“四E原则"(Economy、Efficience、Ecology、Energy)，然而水性聚氨酯分子中亲水性基团的存在及树脂本身的缺陷(如耐温性差、硬度低、耐老化性差等)，影响了它的使用范围，许多化学工作者致力于对其进行改性，常见的改性方法有丙烯酸改性、环氧树脂改性、

3、有机硅改性、氟改性、植物油改性、纳米改性等。本论文在阅读大量国内外文献的基础上，根据本实验室具体条件，采用一种新的合成方式，制备了环氧树脂E-51改性水性聚氨酯(EPU)材料和非离子型丙烯酸改性水性聚氨酯(PUA)材料。具体工作分为两个部分：1．环氧树脂E-51改性水性聚氨酯的合成及性能本节选用异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、聚四氢呋喃二醇(P1'MG)、二羟甲基丙酸(DMPA)及一缩二乙二醇(DEG)为主要原料，经相转化法合成了阴离子型水性聚氨酯(wPU)自乳化乳液；然后加入过量胺开环的环氧树脂E一51，后扩链30rain，

4、得到环氧树脂E-51改性水性聚氨酯(EPU)乳液。并对这种材料进行了力学、耐水性、硬度、粘度、存储稳定性、粒径、结构及热力学等方面的测试，与改性前进行比较，研究了不同环氧树脂E-Sl添加量对乳液粒径、粘度、存储稳定性及胶膜强度、接触角、吸水率、硬度、耐热性等方面的影响。结果表明：(1)TEM观察及粒径测试表明WPU及EPU乳液粒子呈球状，乳液平均粒径均小于100rim，随着环氧树脂E．5l添加量的提高，EPU乳液的平均粒径增大，且乳液粒径分布变宽；(2)乳液粘度随着环氧树脂E．51添加量的提高而增大，当环氧树脂E．5l添加量达

5、8％时乳液稳定性较差；环氧、丙烯酸改性水性聚氨酯的合成及性能(3)红外光谱分析表明，乙二胺成功开环环氧树脂E．51，且EPU中存在环氧树脂E．51特征吸收峰；(4)力学测试表明，随着环氧树脂E．51添加量的提高，胶膜拉伸强度逐渐增大，断裂伸长率逐渐降低；(5)耐水性及接触测试表明，环氧树脂E．51的添加明显降低胶膜吸水率，且接触角随着环氧树脂E．5l添加量的提高而增大；(6)TGA及MCC测试表明，环氧树脂E．5l的添加提高了胶膜的耐热性，胶膜热释放速率随着环氧树脂E．51添加量的提高而降低，胶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节选用异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、聚氧化丙烯二醇(N-210)、聚氧化乙烯二醇(PEG)等为基本原料，合成端异氰酸根的聚氨酯预聚体；然后采用丙烯酸羟乙酯(HEA)将双键引入到聚氨酯主链上，最后经相转化法合成了非离子型双键封端水性聚氨酯(HPU)乳液。然后采用热引发方式，和甲基丙烯酸甲酯(MMA)及丙烯酸丁酯(BA)进行自由基聚合，将丙烯酸单体接到水性聚氨酯主链上，得到非离子型丙烯酸改性水性聚氨酯(PUA)乳液。并对这种材料进行了耐水性、粒径、电镜、结构及热力学等方面的测试，与改性前进行比较，分析了

7、不同丙烯酸含量对乳液粒径、粒子形貌及胶膜吸水率及热力学等方面的影响。结果表明：(1)TEM观察及粒径测试表明HPU乳液粒子呈球状，PUA及PA乳液粒子有明显核壳结构；乳液平均粒径均小于100nto，PA及HPU乳液粒径分布较窄，随着HPU添加量的提高，PUA乳液的平均粒径增大，且乳液粒径分布变宽；(2)乳液粘度随着HPU添加量的增加而提高，胶膜耐水性随着HPU添加量的提高而降低；(3)红外光谱分析表明，采用理论HEA添加量的120％，于70℃反应3h，封端反应进行的比较完全，PUA中含有HPU及PA的特征吸收峰；(4)TGA及

8、DSC测试表明，PUA胶膜的耐温性较HPU有明显提高，且随着丙烯酸单体含量的增加而提高，且胶膜的玻璃化转变温度随着丙烯酸单体含量的增加而提高。关键词：水性聚氨酯；改性；环氧树脂；丙烯酸AbstractPolyurethane(PtOisoneclassofpolymerswh