丙烯酸酯改性水性聚氨酯的合成及其性能研究

论文摘要

本文采用异佛尔酮二异氰酸酯、二羟甲基丙酸（DMPA）、聚醚多元醇（DL1000和DL2000）等为聚氨酯原料,丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸甲酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯（TMPTA）为丙烯酸酯类单体,丙烯酸羟乙酯（HEA）为偶联剂,偶氮二异丁腈（AIBN）为引发剂合成了丙烯酸酯改性水性聚氨酯（PU-AC）乳液。首先固定HEA用量,考察了分散时加入的乳化剂种类和用量对PU-AC乳液性能的影响。然后在不加乳化剂的情况下,改变引发剂AIBN、丙烯酸酯交联剂TMPTA用量和PU/AC质量比等条件,研究了它们对PU-AC乳液性能的影响。结果发现,分别使用十二烷基硫酸钠（SDS）、壬基酚聚氧乙烯醚（OP-21）和壬基酚聚氧乙烯醚硫酸铵（EP-110）三种乳化剂,所得乳液都在其用量为单体总量的0.1%时乳胶粒径最大,进一步增加乳化剂用量反而使乳胶粒径减小;增加油溶性引发剂AIBN用量使得丙烯酸酯单体最终转化率增大;随着聚醚DL2000用量的逐渐增大,PU-AC乳胶粒径增大,粒子表面电荷密度降低,胶膜拉伸强度降低;增加DMPA用量使乳胶粒径减小,胶膜拉伸强度降低;随着丙烯酸酯交联剂TMPTA用量的逐渐增大,PU-AC乳胶粒径及其分布逐渐减小,表面电荷密度降低,胶膜拉伸强度增大;加大AC单体用量使PU-AC乳胶粒径增大,表面电荷密度增大。其次以研究PU接枝率为主要目的,探讨了PU-AC乳液中HEA的作用。研究了HEA中的（OH）与PU大分子链末端异氰酸基（NCO）反应的动力学,确定了加入HEA后合适的反应温度和PU封端剂种类。结果发现HEA中的OH与NCO的反应为二级反应,其反应速率随HEA浓度而不是随NCO含量而变化;加入HEA后的反应温度越高,NCO的反应量越大而且在85℃反应前后体系双键含量基本不变;采用正丁胺为封端剂时PU封端效率最高。在上述实验的基础上,研究了偶联剂HEA、软硬段含量、AC单体用量对PU接枝率和乳胶粒径等性能的影响。结果发现随着HEA用量的逐渐增加,PU接枝率逐渐增加,PU-AC乳胶粒径先增大后减小,胶膜吸水率降低;增加DL1000用量使PU-AC乳胶粒径增大,但PU接枝率变化不大;AC单体用量减小,AC单体转化率降低,但PU接枝率变化不大。此外,我们也合成了新型双羟基烯烃偶联剂烯丙基甘油醚（AG）,用红外、核磁、气相色谱、折光指数对其进行了详细的表征,并初步研究了其对PU-AC性能的影响。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 第一章 绪论
• 1.1 前言
• 1.2 水性聚氨酯（WPU）简介
• 1.2.1 WPU 的性能特点
• 1.2.2 WPU 的分类
• 1.2.3 WPU 的制备
• 1.2.4 WPU 的交联改性
• 1.3 丙烯酸酯改性水性聚氨酯（PU-AC）简介
• 1.3.1 WPU 和PA 乳液物理共混
• 1.3.2 WPU 和PA 乳液化学共混
• 1.3.3 PU-AC 互穿网络乳液聚合法
• 1.3.4 PU-AC 核壳乳液聚合法
• 1.3.5 PU-AC 乳液共聚法
• 1.3.6 接枝法
• 1.4 本论文研究的创新点和主要内容
• 第二章 丙烯酸酯改性水性聚氨酯的合成及性能研究
• 2.1 实验原料及仪器
• 2.1.1 主要试剂
• 2.1.2 实验仪器
• 2.2 实验操作
• 2.2.1 水性聚氨酯（WPU）的合成
• 2.2.2 丙烯酸酯聚合物（PA）乳液的合成
• 2.2.3 丙烯酸酯改性水性聚氨酯（PU-AC）乳液的合成
• 2.2.4 胶膜的制备
• 2.3 性能测试及表征
• 2.4 结果与讨论
• 2.4.1 乳化剂种类及用量对PU-AC 乳液性能的影响
• 2.4.2 引发剂AIBN 用量对PU-AC 乳液性能的影响
• 2.4.3 DL1000/DL2000 摩尔比对PU-AC 乳液及胶膜性能的影响
• 2.4.4 DMPA 用量对PU-AC 乳液及胶膜性能的影响
• 2.4.5 交联剂TMPTA 用量对PU-AC 乳液及胶膜性能的影响
• 2.4.6 PU/AC 质量比对PU-AC 乳液及胶膜性能的影响
• 2.5 结论
• 第三章 含偶联剂丙烯酸羟乙酯PU-AC 的性能研究
• 3.1 实验部分
• 3.2 实验操作
• 3.3 性能测试及表征
• 3.4 结果与讨论
• 3.4.1 PU 接枝率
• 3.4.2 PU 预聚体中NCO 与HEA 中OH 反应的动力学研究
• 3.4.3 影响PU-AC 接枝性能的因素
• 3.4.4 HEA 用量对PU-AC 性能的影响
• 3.4.5 DL1000 用量对PU-AC 性能的影响
• 3.4.6 PU/AC 质量比对PU-AC 性能的影响
• 3.4.7 不加交联剂TMPTA 的PU-AC 的性能
• 3.5 结论
• 第四章 偶联剂烯丙基甘油醚的合成及其对PU-AC 接枝性能影响的初步研究
• 4.1 实验原料及仪器
• 4.1.1 实验原料
• 4.1.2 实验仪器
• 4.2 实验操作
• 4.2.1 偶联剂烯丙基甘油醚（AG）的合成
• 4.2.2 使用AG 为偶联剂的PU-AC 乳液的合成
• 4.3 性能测试及表征
• 4.4 结果与讨论
• 4.4.1 AG 的合成及表征
• 4.4.2 AG 为偶联剂时PU-AC 的性能
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间发表的论文