基于酮肼反应的聚氨酯/聚丙烯酸酯复合乳液的研究

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聚氨酯/聚丙烯酸酯(PUA)复合乳液在涂料、胶黏剂和油墨等领域被广泛使用,这种复合乳液相对单一的聚丙烯酸酯(PA)或聚氨酯(PU)有着更好的性能以及较低的成本。但是由于PU和PA之间较差的相容性,简单的物理共混,往往得不到预期的优良性能。针对上述问题,本文首先以聚醚二元醇磺酸盐(SPPG)作为亲水单体,甲基丙烯酸羟乙酯(HEMA)或季戊四醇三丙烯酸酯(PETA)为封端剂,聚己二酸新戊二醇酯(PNA-1000)、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、1,4-丁二醇(BDO)为主要原料,合成乙烯基封端的聚氨酯离子聚合物,通过迈克尔加成反应将树枝状多酰肼引入到聚氨酯分子链末端,合成了端酰肼基的树枝状聚氨酯分散体;然后以甲基丙烯酸甲酯(MMA)为核层单体,丙烯酸(AA)和双丙酮丙烯酰胺(DAAM)为壳层单体,通过半连续种子乳液聚合工艺,合成了壳层含酮羰基的核壳丙烯酸酯乳液。将两种乳液共混即得到基于酮肼反应的聚氨酯/聚丙烯酸酯复合乳液。采用红外光谱(FTIR)和凝胶渗透色谱(GPC)对端酰肼基树枝状聚氨酯分散体进行了表征。FTIR测试结果表明,酰肼基团被成功地引入到了聚氨酯分子链上,GPC测试结果表明,分散体的分子量与设计值接近,合成过程中未发生交联反应。采用透射电镜(TEM)对聚丙烯酸酯乳液的微观形貌进行了分析,结果表明乳胶粒显示出明显的核壳微观形貌。亲水单体AA和DAAM聚合在壳层,酮羰基也被成功地引入到胶粒表面。研究了复合乳液中,PA/PU质量比,-CO-/-NHNH2摩尔比以及反应基团含量对复合乳液及其胶膜性能的影响。胶膜FTIR图谱中-C=N特征峰的出现,证实了成膜过程中聚氨酯分子链上的酰肼基团与聚丙烯酸酯胶粒表面的酮羰基之间发生交联反应。扫描电镜(SEM)、差示扫描量热仪(DSC)、热重分析(TGA)以及拉伸测试结果表明,非反应性的复合乳液胶膜微观结构存在明显的相分离,引入交联反应后两相之间的界面变得模糊,交联反应有助于改善PU与PA之间的相容性,而且交联密度越高,两者之间的相容性越好,热分解稳定性和拉伸性能也越好。随着PA/PU质量比的增加,复合乳液室温成膜性变差,涂膜铅笔硬度增加,但胶膜吸水率和吸醇率则表现出先减小后上升的趋势,当PA含量低于50%时,复合乳液在室温下能够形成平整连续的涂膜,乳液都具有良好的储存稳定性,当PA含量为30%时复合乳液胶膜综合性能最佳。随着n(-CO-)/n(-NHNH2)的增加,胶膜凝胶含量先增加后减少,吸水率和吸醇率则先降低后增加,当n(-CO-)/n(-NHNH2)值为1.5:1时复合乳液胶膜性能最佳。
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