细乳液聚合制备聚氨酯—丙烯酸酯复合乳液及其性能研究

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近年来,高分子功能性材料的研究盛行,要求高分子材料的性能、功能多元化。作为制备高分子材料的重要手段之一的乳液聚合,也从组分和粒子结构的单一型向复合型转变,制备多种聚合物成分共有及特殊粒子结构的聚合物乳液。聚氨酯-丙烯酸酯(PUA)复合乳液的研究始于上世纪80年代,研究者希望可以将聚氨酯(PU)较高的拉伸强度和抗冲击强度、优异的耐磨性与丙烯酸树脂(PA)良好的附着力、耐候性、较低的成本有机结合,制备出高固含量、低成本以及达到使用要求的水性树脂。因此,PUA复合乳液被称为第三代聚氨酯,现已广泛用于皮革涂饰、涂料、胶粘剂、织物涂层、印染等工业领域。然而,在现有这些制备方法中,为了提高乳液的稳定性,一般都引入一定量的亲水基团,因此乳胶膜的耐水性和耐溶剂性能都有所降低。将聚合物溶解在单体中,然后进行细乳液聚合,可以得到含有该聚合物的复合高分子粒子。由于聚合过程中单体液滴成核为主要的成核方式,也是主要的聚合场所,有效地解决了聚合过程中憎水性聚合物析出的难题。  本文第二章以正十六烷(HD)为助稳定剂,十二烷基硫酸钠(SDS)为乳化剂,采用细乳液聚合的方法合成了稳定的丙烯酸酯共聚乳液。探讨了温度、引发剂的种类和浓度、乳化剂的浓度以及助稳定剂浓度等合成条件对反应的影响,为进一步合成氟化丙烯酸酯复合细乳液及聚氨酯-丙烯酸酯复合细乳液确定相关工艺参数。  本文第三章以甲基丙烯酸十二氟庚酯(DFMA)共聚单体为反应型助稳定剂,以十二烷基硫酸钠为乳化剂,通过高剪切分散乳化工艺,用细乳液聚合的方法制备了粒径在100nm以下的稳定的DMFA和甲基丙烯酸甲酯(MMA)、丙烯酸丁酯(BA)的共聚细乳液。研究结果表明,细乳化工艺使得单体能够有效地共聚且在聚合过程中无任何凝聚物出现。接触角测试说明含氟单体有效地聚合,并在材料表面使材料有一定程度的富集,材料表现出优异的拒水拒油性能。粒径测试及TEM测试结果表明,用细乳液聚合的方法可以很容易的制备窄粒径分布的氟化聚丙烯酸酯共聚乳液。  本文第四章首先以异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI),N210,1,4-丁二醇(BDO)和丙烯酸羟乙酯(HEA)制备了丙烯酸封端的PU预聚体。然后将此PU预聚体溶解在MMA、BA单体中,进行细乳液聚合,制备了聚氨酯-丙烯酸酯(PUA)复合细乳液。通过激光散射粒径分析、红外光谱(FT-IR)、透射电镜(TEM)等方法对制备的乳液粒子的形态结构及其成膜物的有关性能进行了分析和表征。结果显示,PUA复合细乳液,粒径均匀,在耐水性方面有明显提高。
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