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丙烯酸酯改性水性聚氨酯聚合物互穿网络的制备及性能的研究

孙若楠  
【摘要】:在全球环境问题日益严峻的今天,水性聚氨酯(WPU)作为一种安全无毒且性能优异的绿色环保材料受到人们越来越多的关注。但单一的WPU受限于自身分子结构特性,存在耐水性、耐候性差、机械性能不高等问题。因此,使用丙烯酸酯(PA)作为改性组分,利用其自身特性弥补WPU性能缺陷已成为WPU高性能化研究的重要方向之一。本研究以聚四氢呋喃二醇(PTMG)、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、甲基丙烯酸甲酯(MMA)、丙烯酸丁酯(BA)、苯乙烯(St)以及丙烯酸异辛酯(EHA)为主要原料,三羟甲基丙烷(TMP)和二乙烯基苯(DVB)为交联剂,通过互穿聚合物网络(IPN)方法,制备了一系列水性聚氨酯丙烯酸酯聚合物(WPUA)。探讨了互穿网络结构类型(全互穿IPN,半互穿Semi-IPN),PU/PA值,第二交联网络密度以及不同丙烯酸酯单体种类及软硬单体比例对WPUA复合乳液及其膜性能的影响。研究结果表明:(1)对比两种互穿网络结构的WPUA胶膜,IPN结构的胶膜吸水率更小,动态力学性能和热稳定性更好,而Semi-IPN结构的胶膜疏水性能更好。同时,随着体系中PU/PA值的减小,乳液粒径逐渐增大,胶膜的拉伸强度降低,吸水率逐渐下降,胶膜的动态力学性能和热稳定性越来越好。(2)通过控制PA组分交联剂DVB的添加量来改变第二交联网络密度。当DVB含量达到0.75%,WPUA胶膜表现出较好的动态力学性能和热稳定性。随着DVB含量的增加,胶膜的耐水性能和力学性能不断提升,当DVB含量达到1.25%时,胶膜的吸水率降至最低,达到7.13%,水接触角从97.2°增至106.5°,拉伸强度也提升了129.2%。(3)通过对比丙烯酸酯单体组成分别为MMA/EHA和St/BA的两种WPUA发现,随着硬单体MMA和St含量的增加,乳液的粒径逐渐减小。同时PA硬单体含量的增加也导致了其与PU间氢键作用的增强,使得WPUA胶膜的拉伸强度和断裂伸长率都明显增大。此外,硬单体中非极性链段还对WPUA胶膜的耐水性产生影响,当硬单体含量占PA总量的40%时,MMA/EHA组和St/BA组的两种WPUA胶膜吸水率分别下降了4.11%和3.85%。


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