内交联型改性水性聚氨酯乳液的制备及性能研究

内交联型改性水性聚氨酯乳液的制备及性能研究

20世纪80年代国内已实现水性聚氨酯的工业化生产,但时隔30年,水性聚氨酯年产量仅占聚氨酯行业的2%。水性聚氨酯虽具有低挥发性有机物的优势,符合当代人们所追求的环保健康理念,但传统型水性聚氨酯存在的耐水性、耐热性差等弊端无法忽视,这些因素也是水性聚氨酯在推广应用中所遇到的主要阻碍。

本文针对水性聚氨酯乳液的这些弊端做了一些改性研究,制备得到一系列内交联型水性聚氨酯乳液,具体工作如下:以聚酯多元醇（PE3020）、六亚甲基二异氰酸酯（HDI）、二羟甲基丙酸（DMPA）为主要原料,以马来酸酐改性蓖麻油合成的含碳碳双键的三羧基蓖麻油（MACO）为交联改性剂,采用预聚体法合成了改性蓖麻油水性聚氨酯乳液

（MACO-WPU）。采用FT-IR、TG、SEM、XRD、万能材料试验机及激光粒度分析仪等分析手段对MACO-WPU乳液及胶膜进行表征,考察了R值、DMPA含量及MACO含量对MACO-WPU乳液稳定性、粒径及胶膜的热稳定性、耐水性、力学性能等影响。

研究表明:MACO用量从0增长到3%时,WPU胶膜拉伸强度由2.43 Mpa提高到13.15 Mpa,增长了4.41倍,断裂伸长率由537%降低到195%,吸水率由15.32%降低至6.77%,热稳定性均有提高,结晶度亦明显下降。所以,当R值=1.2、w（DMPA）=5%、w（MACO）=3%时可获得乳液稳定、胶膜完整且耐水性、力学性能优异的产品。

以聚酯多元醇（PE3020）、六亚甲基二异氰酸酯（HDI）、二羟甲基丙酸（DMPA）为主要原料,以呋喃树脂（HK-6）为交联剂,将呋喃树脂链段引入聚氨酯预聚体中,合成呋喃树脂改性水性聚氨酯乳液,再采用超声法将无机纳米SiO₂均匀分散到HK-WPU体系中,合成了SiO₂/HK-6 WPU复合乳液。采用FT-IR、TG、SEM、XRD、万能材料试验机及接触角测试仪等分析手段对SiO₂/HK-6

WPU复合乳液及其胶膜进行表征,考察了HK-6、SiO₂的含量对该复合乳液及胶膜的热稳定性、耐水性、力学性能和乳液粒径等的影响。

结果表明:当HK-6、纳米SiO₂含量分别为6%、1.5%

时,SiO₂/HK-6 WPU胶膜比未改性WPU的水接触角增大了45%,比HK-6改性WPU胶膜的水接触角增大了45%,表明呋喃环间的交联提高了聚氨酯链段间的交联密度,使改性后胶膜的耐水性明显增强,且使胶膜的力学性能和热稳定性有所增强。以聚酯多元醇（PE3020）,六亚甲基二异氰酸酯（HDI）,二羟甲基丙酸（DMPA）为原料,环氧树脂（E51）、氨基硅烷偶联剂（KH550）为改性剂,采用预聚体法合成了KH550/E51-WPU;然后以三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯（TMPTMA）、丙烯酸六氟丁酯（HFA）、甲基丙烯酸甲酯（MMA）为单体,加入上述合成的改性水性聚氨酯复合乳液中,以偶氮二异丁氰（AIBN）为引发剂,采用自由基溶液聚合和半连续滴加的方式制得含氟丙烯酸酯改性水性聚氨酯乳液。

采用FT-IR、TG、SEM、XRD、万能材料试验等对合成乳液及胶膜进行了表征分析。考察了E51含量、KH550含量对改性水性聚氨酯乳液及其胶膜性能的影

响,TMPTMA/HFA/MMA三种单体配比对含氟丙烯酸酯改性水性聚氨酯乳液及其胶膜性能的影响。

研究结果表明:最佳配比时E-51和KH550的接枝使WPU胶膜的拉伸强度较未改性WPU增长了2倍多,TG、XRD的测试表明KH550/E51-WPU、WPUA的热稳定性提高、结晶性能降低。WPUA中因交联密度增大比未改性WPU的拉伸强度增强了5倍多,且有含氟支链分散在聚合物表面使WPUA胶膜的表面能增强,水接触角达到99.5°,疏水性明显提高。