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水性聚氨酯(WPU)具有优良的机械性能和耐化学品性能,对环境没有危害,水性聚丙烯酸酯(PA)同样以水为溶剂,绿色环保且耐候性能突出,二者都是涂料工业中具有多种用途的环境友好型乳液。然而WPU和PA在单独使用过程中仍然存在着各自的缺陷。很多研究表明将这两种乳液通过化学耦合,可以达到将各自优点互补的目的,得到综合性能更优异的复合乳液。本文设计制备了多种结构新颖的亲水性聚氨酯类单体,包括水性聚氨酯脲(WPUU)、烯丙基聚氨酯脲硅烷(PUSi)和端烯基聚氨酯中间体(PUEG),分别将其与丙烯酸酯单体(AC)通过乳液共聚得到复合乳液及其胶膜,通过力学性能、TEM、DMA和AFM等表征手段分析了胶膜宏观性能和微观结构。主要研究内容如下:1.采用自主开发的低活性端氨基聚醚(N-1000)、二羟甲基丁酸(DMBA)和异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)为原料并设计了全新的制备工艺,依据分子设计思路合成了三种分子量不同的水性聚氨酯脲WPUU1、WPUU2和WPUU3,解决了常规端氨基聚醚和-NCO基团反应剧烈,无法控制的难题,着重考察了N-1000与-NCO基团的反应条件。结果表明:-NCO基团和N-1000的适宜反应温度是40℃,反应时间为2h。2.将WPUU1、WPUU2和WPUU3分别与丙烯酸酯单体(AC)共聚合成水性聚氨酯脲-丙烯酸酯(WPUUA)复合乳液,考察了WPUU分子量和WPUU/AC质量比对乳液及胶膜性能的影响。结果表明:与不含WPUU的PA乳液及其胶膜相比,WPUUA复合乳液凝胶率降为0%;胶膜拉伸强度和耐热性能提高;DMA测试表明WPUUA胶膜硬度和刚性增大;AFM图像显示出WPUUA胶膜表面高低起伏较小,聚合物分子链排列规整性较高。3.利用烯丙基聚乙二醇醚(APEG-600)、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)和3-氨基丙基三乙氧基硅烷(KH-550)合成了一种烯丙基聚氨酯脲硅烷(PUSi),并用其对WPUUA乳液进行改性得到复合乳液(PUSiA),考察了PUSi添加量对乳液及胶膜性能的影响。结果表明:与WPUUA胶膜相比,PUSiA胶膜吸水率降低,热稳定性提升;拉伸强度随着PUSi添加量的增加而先增大后降低;DMA分析表明引入PUSi对胶膜刚性的提高有一定作用;AFM图像显示PUSiA胶膜表面粗糙度有所降低,但分子链排列规整性也降低。4.利用不同分子量的端烯基聚氧乙烯醚与异氟尔酮二异氰酸酯(IPDI)按摩尔比2:1反应制备了4种端烯基聚氨酯中间体PUEG1、PUEG2、PUEG3和PUEG4,分别将其与丙烯酸酯单体(AC)聚合得到柔性聚氨酯-丙烯酸酯复合乳液(PUEGA),考察了PUEG分子量和PUEG/AC质量比对乳液及胶膜性能的影响。结果表明:与不含PUEG的PA胶膜相比,由分子量较小的PUEG1、PUEG2所制备的复合乳液胶膜的拉伸强度和断裂伸长率都降低,而由分子量较大的PUEG3、PUEG4所制备的复合乳液胶膜的断裂伸长率增大,拉伸强度仅在PUEG3/AC=20/80或PUEG4/AC=20/80时略微增大,说明聚氧乙烯醚链段长度适当时,胶膜的综合性能才会提高;DMA分析表明PUEGA胶膜刚性随着PUEG分子量的增大而增大;AFM图像显示PUEGA胶膜表面光滑且PUEG分子量越大聚合物分子链的排列越规整。