涂料用丙烯酸酯-聚氨酯树脂的合成与性能研究

一、前言聚丙烯酸酯-聚氨酯体系的聚合物既具有聚丙烯酸酯结构又具有异氰酸酯结构,可以得到附着力、耐候性等性能优异的树脂,而且通过调节分子链结构,可以获得不同硬度、模量和伸长率的聚合物,用于高光泽涂料和弹性涂料,以及低模量的弹性密封材     

核壳乳液聚合法制备聚丙烯酸酯-聚氨酯复合乳液

以聚四氢呋喃二醇(PTMG-1000)和异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)为基本原料,二羟甲基丙酸(DMPA)作为亲水扩链剂,甲基丙烯酸-β-羟乙酯(HEMA)作为偶联剂与甲基丙烯酸甲酯(MMA)反应,采用核壳乳液共聚法,制备了聚丙烯酸酯-聚氨酯复合乳液(WPUA);通过红外光谱、透射电镜对WPUA乳液粒子的结构进行观察,探讨了DMPA用量、聚氨酯预聚体R值、聚氨酯(PU)链段与聚丙烯酸酯(PA)链段质量比等因素对乳液外观、粘度、稳定性等性能的影响;结果表明,当DM-PA用量为6份,R值为2.5,PU链段与PA链段质量比为70∶30时,所得WPUA表观性能较为优异。     

丙烯酸酯用量对溶胀-嵌段型水性聚氨酯性能的影响

以甲基丙烯酸甲酯(MMA)、丙烯酸正丁酯(BA)为单体,通过巯基乙醇链转移自由基无规共聚合成端羟基聚丙烯酸酯(PA-OH),采用嵌段共聚法将PA-OH与水性聚氨酯(WPU)嵌段,通过预聚体分散法制得聚丙烯酸酯嵌段水性聚氨酯乳液(WPUA),进而通过乳液聚合法制备了一系列以MMA/BA为单体的聚丙烯酸酯嵌段-溶胀水性聚氨酯复合乳液(WPUA-PA),结果表明WPUA-PA中丙烯酸酯量最多可达到WPUA的240%,当丙烯酸酯量为WPUA的120%时WPUA-PA的性能最佳,此时乳液平均粒径为68 nm、粒径分布指数为0.174,胶膜拉伸强度为13.88MPa、断裂伸长率为558.3%、吸水率为4.94%,且具有优异的乳液稳定性。     

丙烯酸酯用量对溶胀-嵌段型水性聚氨酯性能的影响

以甲基丙烯酸甲酯（MMA）、丙烯酸正丁酯（BA）为单体,通过巯基乙醇链转移自由基无规共聚合成端羟基聚丙烯酸酯（PA-OH）,采用嵌段共聚法将PA-OH与水性聚氨酯（WPU）嵌段,通过预聚体分散法制得聚丙烯酸酯嵌段水性聚氨酯乳液（WPUA）,进而通过乳液聚合法制备了一系列以MMA/BA为单体的聚丙烯酸酯嵌段-溶胀水性聚氨酯复合乳液（WPUA-PA）,结果表明WPUA-PA中丙烯酸酯量最多可达到WPUA的240%,当丙烯酸酯量为WPUA的120%时WPUA-PA的性能最佳,此时乳液平均粒径为68 nm、粒径分布指数为0.174,胶膜拉伸强度为13.88 MPa、断裂伸长率为558.3%、吸水率为4.94%,且具有优异的乳液稳定性。     

光固化聚氨酯弹性体的制备与性能研究

异氟尔酮二异氰酸酯（IPDI）和聚己内酯二元醇(PCL)按照一定比例反应,形成长链分子线性结构的聚氨酯预聚体,使用丙烯酸-2-羟乙酯(2-HEA)对分子链进行封端得到聚氨酯丙烯酸酯预聚体（PUA）,然后加入一定比例的四氢呋喃丙烯酸酯（AM-314）作为稀释剂,2%(wt.)的2-羟基-2-甲基-1-苯基丙酮(1173)作为光引发剂,UV照射600s制备出光固化弹性体,通过红外分析、DSC分析、热失重分析和力学性能测试等对PUA的结构和性能进行了表征,讨论了IPDI和2-HEA的加入比例对PUA性能的影响。研究结果表明,成功合成了高断裂伸长率的紫外光固化聚氨酯丙烯酸酯弹性体。综合性能最好的样品,其拉伸强度为1.25MPa、断裂伸长率为321.8%、压缩率为4.4%、收缩率为4.3%、硬度为34。     

POE对PET挤出吹膜性能的影响

以聚烯烃弹性体(POE)为增韧剂,马来酸酐接枝POE(POE-g-MAH)为相容剂,与扩链改性后的聚对苯二甲酸乙二酯(PET)共混后,加入单螺杆吹膜机中进行吹膜成型。研究了POE添加量对PET吹塑薄膜性能的影响。结果表明,随着POE添加量的增加,PET薄膜的断裂伸长率显著提高。当POE添加量为10%时,PET吹塑薄膜断裂伸长率提高至154.6%,得到柔韧性好、断裂伸长率高的PET吹塑薄膜。     

含硅聚氨酯预聚体改性聚丙烯酸酯清漆的制备与研究

采用端羟基聚硅氧烷、功能单体与异佛尔酮二异氰酸酯缩聚制备新型含硅聚氨酯预聚体(Si-PU),Si-PU与丙烯酸酯单体共聚,得到Si-PU改性聚丙烯酸酯。以改性聚丙烯酸酯为成膜物质,以异氰酸酯基树脂为固化剂按基团等物质的量比配制成双组分清漆,并制备涂膜。采用FT-IR对改性前后聚丙烯酸酯结构进行了表征。研究了Si-PU用量对聚丙烯酸酯清漆的黏度、耐热性、附着力及其涂膜绝缘性的影响。FT-IR表明,Si-PU已经接枝到了丙烯酸酯共聚物的骨架中。Si-PU质量分数在0～15%,涂膜的附着力不变,且Si-PU用量为聚丙烯酸酯的15%时,得到综合性能良好的含硅聚氨酯改性聚丙烯酸酯清漆。     

梳型接枝PVC的性能研究

以高级羧酸盐与聚氯乙烯(PVC)反应合成了一系列具有不同长度侧链的梳形接枝PVC。通过差示扫描量热(DSC)仪和万能试验机对接枝PVC的侧链结晶性能和拉伸性能进行了测试。研究了侧链接枝率和接枝侧链长度对侧链结晶性能和拉伸性能的影响。结果表明,接枝PVC的梳形侧链形成侧链结晶,并且接枝PVC的断裂伸长率和拉伸强度均高于PVC,实现了PVC的增强增韧同步改性;侧链的接枝率和接枝侧链长度对侧链结晶行为产生影响,从而影响接枝PVC的力学性能。     

聚丙烯酸酯接枝聚氨酯树脂制备与性能研究

以聚酯多元醇和异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)合成了异氰酸酯基封端的聚氨酯预聚体,并与自制含羟基的聚丙烯酸酯进行接枝,再加胺类扩链剂和分子质量调节剂,合成了固含量为30%的酯醇溶PUA树脂。讨论了异氰酸酯指数R值[即n(-NCO):n(-OH)]、聚氨酯(PU)与聚丙烯酸树脂(PA)的反应温度、PA羟基含量和PU/PA质量比对树脂及油墨性能的影响,结果表明:当R=2.0、PU与PA反应温度为60℃、PA羟基质量分数为1.13%和PU/PA质量比为2/1时,PUA树脂的综合性能较好。     

含有二苯甲酮片段的水性聚丙烯酸酯涂料的研究

将光引发剂4-羟基二苯甲酮、供氢体大豆分离蛋白共同引入到聚丙烯酸酯分子链上,通过乳液聚合得到均一稳定的含有二苯甲酮片段的可自行光固化的水性聚丙烯酸酯涂料。研究了此方法的可行性并对此种聚丙烯酸酯涂料的结构、粒径、力学性能、漆膜性能进行表征。结果表明此方法可行,拉伸弹性模量为129.0430 MPa,断裂伸长率为402.6340%,拉伸强度为7.6283 Mpa;漆膜铅笔硬度为4 H,附着力为0级,光泽度为33.90°,UV固化时间为10 s。     

(长链)脂肪胺聚氧乙烯醚(PAE)型阳离子水性聚氨酯乳液的制备和性能

以脂肪胺聚氧乙烯醚(PAE)替换部分聚己二酸新戊二醇酯(POL7112)为软段,甲苯-2,4-二异氰酸酯(TDI)为硬段,合成了系列侧链含长链烷基与主链嵌入聚醚结构(EO)的阳离子聚氨酯乳液。通过红外(FTIR)、粒径、力学性能、热重分析(TGA)、吸水率及接触角等测试对乳液及胶膜进行分析。研究发现,在PU大分子中引入PAE,热稳定性明显提高;当PAE烷基碳链增长,断裂伸长率显著增大,拉伸强度有所减小;随着PAE用量的增加及其分子中EO加合度的增大,乳液粒径变小,稳定性增强,胶膜的亲水性显著提高。     

聚丙烯酸酯与聚氨酯共混物的合成与性能研究

采用溶液合成了丙烯酸酯聚合物,将其分别与聚氨酯予聚物进行共混,使其接枝交联,并对共混物与双组分聚氨酯的力学性能进行了比较。结果表明：聚丙烯酸酯聚氨酯共混物力学性能,耐紫外线性能优于双组分聚氨酯。     

有机硅树脂-聚丙烯酸酯接枝共聚物的研究

通过在有机硅聚合物的分子链上接枝聚丙烯酸酯支链的方法,制备出有机硅-丙烯酸酯接枝共聚树脂。对有机硅母体的制备、接枝混合单体的配比、丙烯酸酯与有机硅聚合物母体的比例、接枝单体加料方式等对有机硅共聚物性能的影响等问题进行了研究。     

聚氨酯/聚丙烯酸酯复合弹性体的力学性能研究

采用预聚体法合成了一系列聚氨酯／聚丙烯酸酯复合弹性体，研究了组成比例对PU／PA复合弹性体的力学性能的影响。结果表明：聚丙烯酸甲酯的比例在一定范围内时，可以较大程度地提高材料的力学强度和断裂伸长率，而将丙烯酸甲酯和甲基丙烯酸甲酯混合加入聚氨酯中，形成的复合弹性体的力学性能无明显改善。     

磺酸型扩链剂用量对WPU胶膜性能影响的研究

以聚四氢呋喃二醇(PTMG1000)、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)和自制液态磺酸型扩链剂1,2-二羟基-3-丙磺酸(DHPS)为原料合成预聚体,以四甲基氢氧化铵(TMAH)为成盐剂,改变DHPS用量制备了一系列水性聚氨酯乳液,利用动态力学分析(DMA)、热重分析(TGA)、拉伸等测试方法对聚氨酯胶膜性能进行了研究。结果表明,随着DHPS用量的增加,聚氨酯胶膜的拉伸强度增大,断裂伸长率降低。当磺酸基质量分数为4%时,聚氨酯胶膜的拉伸强度为40.4 MPa、断裂伸长率为1006%。随着磺酸基含量的增加,聚氨酯胶膜的硬度增加,耐水性降低,耐溶剂性增加。     

不同伸长率下嵌段聚氨酯弹性体内部结构及其耐磨性能的变化

采用聚己二酸丁二醇酯(PBA)和聚四亚甲基醚二醇(PTMG)作为聚氨酯软段,与1,5-萘二异氰酸酯(NDI)、乙二胺(EDA)、丁二醇(BDO)反应合成了PBA-PTMG嵌段聚氨酯弹性体。通过示差扫描量热法分析了不同伸长率下聚氨酯弹性体内部结构及其耐磨性能的变化。结果表明,随着伸长率的增大,聚氨酯中软段相与硬段相间的氢键和C—N化学键发生断裂,降低了软、硬段相间的结合强度;当聚氨酯的伸长率小于10%时,PBA-PTMG嵌段聚氨酯弹性体具有良好的动态耐磨性能。     

聚氨酯-聚丙烯酸互穿网络聚合物乳液的合成

以甲苯二异氰酸酯、聚醚多元醇、二羟甲基丙酸、1,4 丁二醇、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸丁酯等为原料,采用原位乳液聚合工艺合成聚氨酯聚丙烯酸酯乳液.研究了单体含量对乳液及胶膜性能的影响.实验结果表明:随着乙烯基单体含量的增加,乳液稳定性下降;胶膜的断裂伸长率降低,硬度和耐水性增加.当乙烯基单体的质量分数为35%时,乳液的稳定性大于365 d,胶膜的断裂伸长率为482%,摆杆硬度为0.68,吸水率为18.7%.红外光谱分析表明合成了聚氨酯聚丙烯酸酯.     

端羟基聚丙烯酸酯分子量对PUA性能的影响

异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、聚己内酯二醇(PCL)为主要原料合成聚氨酯预聚体,甲基丙烯酸甲酯和丙烯酸丁酯合成端羟基共聚物,两者共聚并在水中分散,得到丙烯酸酯改性水性聚氨酯(PUA)。PUA乳液形貌表征结果表明,当聚丙烯酸酯数均分子量达到9 041时,复合乳液的稳定性变差;复合乳液平均粒径随聚丙烯酸酯(PA)分子量增大而增加,但都小于150 nm,并呈现典型的核壳结构。FTIR测试表明,随着PA链段分子量增大,其氢键相互作用相对减弱。DSC测试显示在PA分子量较低时,PA和PU链段是相容的。TG和拉伸测试结果显示,PUA的热稳定性及力学性能都得到明显改善。     

聚醚型硅油改性水性聚氨酯的制备与性能研究

以异佛尔酮二异氰酸酯、聚四氢呋喃醚二醇、二羟甲基丙酸、聚醚型硅油等为原料制备了硅改性水性聚氨酯(PUDS)。采用红外光谱、透射电镜等对PUDS乳液及其涂膜进行了结构表征和性能测试,结果表明:有机硅有效地接枝在水性聚氨酯分子链上,涂膜耐水性显著提高,乳液稳定性良好,随着聚醚型硅油用量的增加,涂膜拉伸性能呈微弱下降趋势,当硅油用量为2%时,拉伸强度为16.7 MPa,断裂伸长率为753.7%,断裂强度15.8 MPa,综合性能优良。     

含氟丙烯酸酯改性水性聚氨酯的合成及性能研究

采用聚四氢呋喃二醇(PTMG)、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、二羟甲基丙酸(DMPA)等为主要原料,甲基丙烯酸羟乙酯(HEMA)为接枝剂,全氟辛基乙基丙烯酸酯(FA)为改性剂,合成了一系列含氟丙烯酸酯改性的水性聚氨酯乳液(WPUFA),并干燥成膜。考察了FA用量对WPU/WPUFA乳液及涂膜性能的影响,并采用红外光谱(FT-IR)、接触角、力学性能和热重分析(TGA)等手段对其进行表征。结果表明,FA成功接入到水性聚氨酯分子链中;随着FA含量增加,乳液粒径增大,胶膜接触角变大,吸水率变小,拉伸强度变大,断裂伸长率变小;FA的引入使胶膜耐热性能变好,当FA在胶膜中的质量分数为40%时,胶膜的综合性能最佳。