水性聚氨酯材料的改性及性能的研究.pdf

1、與溶劑型產品相比，水性聚氨酯(WPU)和水性聚丙烯酸酯(WPA)具有溶劑含量低，生產成本小等優(yōu)點，被廣泛應用于涂料、印染助劑、彈性體、膠粘劑等領域。將WPU乳液與WPA乳液復合，制得的水性聚氨酯-聚丙烯酸酯(WPUA)復合乳液，兼有WPU乳液和WPA乳液的優(yōu)良特性，具有良好的應用前景。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、固化速度快和生產安全等特點，是目前較為活躍的研究和開發(fā)領域，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、表面效應、量子尺寸效應等特殊性質，將納米無機粒子引入到紫外光固化涂料中，可完美結合納米復合與紫外光固化技術的優(yōu)點，大大推動紫外光固化涂料的發(fā)展與應用。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)預聚體。然后用甲基丙烯酸羥乙酯(HEMA)進行封端，制備水性聚（氨酯-丙烯酸酯）(WPUA)預聚體。用不同比例的丙烯酸丁酯(BA)與苯乙烯(St)對其進行改性，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構、透光率和熱學性能等進行了表征和測試

4、。結果表明:與WPU相比，WPUA涂膜的玻璃化轉變溫度和熱性能均得到了改善;當BA∶St=3∶7時，制得的WPUA-2-3和WPUA-3-3材料具有理想的機械性能和耐水性。
　　 （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行了系統(tǒng)研究。結果表明:與WPU材料相比較，WPUA的儲存穩(wěn)定性良好，機械性能得到很大提高;當BA∶St=BA∶TMPTA=3∶7時，WPUA膜的耐水性最佳;當BA∶St=BA∶TMPTA=7∶3時，WPUA膜的力學性能最佳。
　　 （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。結果表明:當活性稀釋劑中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，制備WPUA/SiO2

7、雜化材料預聚體。將水性WPUA/SiO2預聚體、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構、表面形貌等進行了表征和測試。結果表明:WPUA/SiO2雜化材料中納米SiO2顆粒具有良好的分散性和相容性;雜化材料膜的機械性能、耐水性和熱學性能均優(yōu)于純WPUA材料，且當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，制備WPUA/SiO2/TiO2復合雜化預聚體。同法由預聚體、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，并對材料的結構、表面形貌和熱性能等方面進行了表征和測