多重交聯(lián)有機氟水性聚氨酯-聚丙烯酸酯的制備與應用.pdf

1、揮發(fā)性有機化合物(VOC)的排放是繼尾氣污染、煙霧飄塵兩大污染后新的大氣污染問題。因此，低揮發(fā)性有機化合物的水性材料成為了研究者關注的熱點。本研究以丙烯酸酯單體、多重交聯(lián)劑和有機氟改性聚氨酯，采用原位乳液聚合法，制備多重交聯(lián)有機氟水性聚氨酯/聚丙烯酸酯乳液，并作為水性涂料應用在木器漆領域。通過在聚氨酯(PU)分子鏈上引入含有親水性的基團，使得聚氨酯分子鏈具有自乳化性。然后，甲基丙烯酸甲酯(MMA)、丙烯酸丁酯(BA)、全氟烷基丙烯酸酯(

2、FW)和PU端基的乙烯基通過自由基共聚生成了原位含氟自交聯(lián)型水性聚氨酯/聚丙烯酸酯(FPUA)乳液。本研究通過對聚氨酯/聚丙烯酸酯進行氟改性和交聯(lián)改性，綜合分析了乳液的性能和涂膜性能的影響。在乳液中加入成膜助劑，在馬口鐵片上制備水性漆漆膜，并對其性能進行測試。研究內(nèi)容如下:
　　(1)研究了單體摩爾比、環(huán)氧基團含量和氟單體含量對乳液制備過程、乳液及涂膜性能的影響。結果表明:n(-NCO)/n(-OH)=1.4、n(-NHNH2)/

3、n(-CO-)=1、w(GMA)=4％、w(FM)=8％時，合成乳液穩(wěn)定性良好，涂膜的耐水性和熱穩(wěn)定性良好。同時采用水抑制型和堿抑制型的復合交聯(lián)體系比單一采用水抑制型交聯(lián)體系的涂膜熱分解溫度高了26.5℃，在質(zhì)量損失50％時，對應溫度提高了15℃，并且涂膜與水相的接觸角也增大了，說明了體系中交聯(lián)點增多，相互交聯(lián)形成的三維網(wǎng)絡結構提高了涂膜的熱穩(wěn)定性和防水性。隨著氟單體含量的增加，涂膜與水相的接觸角從97.65°增加至119.19°，但繼

4、續(xù)增加氟含量，由于乳液成膜過程中向表面遷移的氟原子增加有限，不能繼續(xù)提高涂膜的防水性。粒徑分析結果表明，增加體系中的交聯(lián)點，會增加乳液粒徑，在體系中引入氟原子，粒徑分布由單分散向多分散過渡。透射電鏡TEM圖顯示未氟化的PUA乳膠粒呈規(guī)整的球形，粒子大小分布均勻，具有明顯的核殼結構。TG曲線表明聚合物的穩(wěn)定性依靠體系中交聯(lián)點的含量。交聯(lián)點含量越高，PUA的熱穩(wěn)定性越好，同時氟含量的增加也在很大程度上提高了涂膜的熱穩(wěn)定性。XPS結果證明了由

5、于F具有較低的表面能，乳液在成膜過程中，F(xiàn)會自發(fā)的向涂膜表面遷移，表面能高的環(huán)氧基團、羰基向底面層遷移，PA鏈段在底面層富集。涂膜的不同深度，F(xiàn)的含量是呈梯度分布，證明了在成膜過程中存在氟的自動遷移，從而導致了涂膜具有自分層特性。
　　(2)調(diào)整丙烯酸酯的含量，合成PUA乳液。結果顯示，PUA乳液粒徑呈現(xiàn)出單峰分布隨著丙烯酸酯的加入從43nm增至81nm。原子力顯微鏡(AFM)看出，丙烯酸酯類加入聚氨酯體系中，PU規(guī)則的軟硬段有序

6、被破壞，同時加強了PU與PA之間的作用力。DTG曲線表明在丙烯酸酯含量增到最大值時三個主要的降解峰基本上合為一個峰，這表明了PUA乳液具有良好的相容性。TG曲線上可以看出，隨著丙烯酸酯含量的增大涂膜的熱分解溫度也在增加。通過SEM可以看出不同丙烯酸酯含量的PUA涂膜表面均較為平整，成膜性良好，丙烯酸酯含量的增加亦改善了膠膜的力學性能。
　　(3)將改性乳液涂刷在馬口鐵片上，并對漆膜性能進行測試。SEM結果表明，加入成膜劑的漆膜表面