【硕士】改性水性聚氨酯材料结构与性能的研究

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内容简介

　　【硕士】改性水性聚氨酯材料结构与性能的研究　　授予学位：硕士　　学位授予单位：安徽大学　　学位年度：2008　　 随着人们环保意识的增强，水性涂料己成为涂料发展的主要方向。其中水性聚氨酯(PU)乳液和水性聚内烯酸酯(PA)乳液同其溶剂型产品相比，具有价廉、无毒和不污染环境等优点，因此在涂料、胶k剂、皮革、织物涂层等方面得到了广泛的应用。聚内烯酸醋材料具有机械强度高、耐老化、耐光不变黄、耐水性好等优点，但也存在着耐有机溶剂性、耐化学品、坚韧性、耐磨性差，高温发粘、低温发脆等缺点。而聚氨醋材料具有优异的耐寒性、温度适应性、弹性、耐有机溶剂等，但却在耐水性、保光性、自增稠性等方面具有缺陷。由于PU和PA在应用性能上具有一定的4_补作用，所以将聚氨醋和聚内烯酸醋一者有机结合起来以制备新型PUA复合乳液己成为国内外的研究热点。　　 本论文通过平衡溶胀法和嵌段共聚法合成了一系列的PUA复合乳液，通过各种测试详细分析了结构与性能之间的关系，并对其改性机理进行了探讨。论文的卞要内容如下:　　 1.概述了水性聚氨醋近年来的发展和应用情况，对水性聚氨醋的制备方法进行了详细的介绍。同时介绍了国内外近年来利用内烯酸酯改性水性聚氨酯方法的研究进展情况，通过对各种复合方法优缺点的比较分析，确定了本课题的研究意义及研究内容。　　 2.采用平衡溶胀法合成了系列的具有明显核壳结构的PUA复合乳液，考察了核壳之间的比例、共聚单体中软硬单体的比例对乳液粒径、胶膜硬度、机械强度及吸水率的影响。通过傅立叶红外光谱CFTIR}、差热分析(Dsc}、热重分析(TG),透射电镜(TEM、光散射粒度仪及表面水接触角测定仪等对对改性材料的结构进行了表征并详细分析了料结构与性能之间的关系。研究结果表明:采用平衡溶胀法制备出的内烯酸醋改性水性聚氨醋乳液具有清晰目稳定的核壳结构。聚内烯酸醋的引入，可以使聚氨醋材料在耐水性、硬度、耐热性等方面得以大幅度的提高，而内烯酸醋单体中软硬单体的比例对材料的综合性能也有着很大的影响.　　 3.采用嵌段共聚法制备了内烯酸}a改性水性聚氨}} (PUA)复合乳液。我们采用琉基乙醇做链转移剂，将甲基内烯酸甲醋CMMA)和内烯酸丁醋CBA)单体通过溶液自由基聚合合成分了量在6000左右、含一个端烃基的聚内烯酸醋大分了单体。通过傅立叶红外光谱谱图(FTIR)的分析，能够证实日标端烃基大分了单体的合成并通过大分了单体的端基烃值的测定计算出了其平均分了量。大分了单体与端异氰酸醋基亲水改性的聚氨醋预聚体反应获得聚内烯酸醋一聚氨醋一聚内烯酸醋A-B-A型二嵌段共聚物，将此共聚物分散在水中获得嵌段聚合物水基分散体。通过对PUA产物的核磁氢谱进行分析可知端烃基的聚内烯酸醋大分了单体与端异氰酸醋基亲水改性的聚氨醋预聚体的接枝率可以达到80%以上，由此证实了该方法的可行性。对PUA的研究结果则表明:　　 (1)采用嵌段法制备的内烯酸醋改性水性聚氨}}(PUA)乳液具有很好的稳定性。内烯酸醋的引入，可以使聚氨醋材料的接触角和耐水性均得以提高，但存在峰值。　　 (2)通过对PUA复合材料傅立叶红外光谱谱图(FTIR)的分析可知产物中既含有聚氨酯组分，又含有内烯酸醋组分，故改性的PUA复合乳液兼备了一者的优点。通过对PU, PUA的热失重（TGA)的测试可知，适量聚内烯酸醋的添加可以有效的提高PU膜的分解温度，改善聚氨醋材料的耐热性能。而PUA的DSC测试谱图则只显示出一个玻璃化转变温度（Tg)，由此可见，本实验中得到的PUA材料中PU与PA组分相容性良好，可形成均相体系。　　 (3)通过对力学性能测试可知，随着聚内烯酸醋量的增加，聚醋材料中硬段之间的作用力减弱，导致膜的抗张强度和断裂仲长率均下降，硬度增强。而当PA量相同时，随着MMA/BA比值增加，薄膜的拉仲强度和硬度逐渐增加，断裂仲长率则逐渐降低。　　4.经过对系列样的测试比较，我们认为当PUPA为4:1, PA中MMA:BA为4:6时，PUA复合乳液的综合性能最佳。　　

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