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本文用聚已二酸丁二醇酯、二羟甲基丙酸(DMPA)、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)制备了带有亲水基团的聚氨酯预聚体,并将其作为大分子乳化剂,通过自乳化的方法合成出以聚氨酯(PU)为壳、丙烯酸酯树脂(PA)为核的聚酯型聚氨酯—丙烯酸酯(PUA)复合乳液。研究了DMPA用量、PU/PA、聚酯分子量、丙烯酸甲酯(MA)/丙烯酸乙酯(EA)、NCO/OH等因素对复合乳液及其涂膜性能的影响。并用TEM、IR、DMA、FG等分析方法对PUA复合乳液的粒子形态、涂膜的动态力学性能、玻璃化温度、热性能等进行研究。
乳液性能测试结果表明,DMPA用量低至0.8%(固体含量)仍然可以制备出稳定性很好的乳液;PU/PA质量比应小于80/20;NCO/OH摩尔比的合适范围为1.4-1.6;PUA复合乳液的粘度都很低,且随着切变速率的增大而上升,呈现胀流型流体特点。TEM图显示PUA复合乳液的粒子具有核壳结构:壳层为聚氨酯,核为聚丙烯酸酯,同时证明了在PUA复合乳液制备过程中,含有亲水基团的聚酯型聚氨酯大分子确实能起到“乳化剂”的作用。
膜的耐水测试显示,DMPA用量越少,膜的耐水性能越佳;聚酯分子量的增加能提高膜的耐水性,用分子量3000的聚酯制备的PUA膜的耐水性比用分子量1000的聚酯制备的膜的耐水性强了将近7倍,达到5.36%。力学性能测试表明,DMPA用量增加,膜的断裂伸长率和抗张强度上升; PU/PA增加,拉伸强度增大、断裂伸长率降低:聚酯3000制备的PUA膜的拉伸强度最大,而聚酯1000制备的PUA膜则断裂伸长率最大;NCO/OH增加,拉伸强度提高,断裂伸长率则下降;随着丙烯酸甲酯的增加,膜的拉伸强度上升,断裂伸长率下降。
热分析研究表明,增加聚酯分子量和加入适量的丙烯酸酯能提高PUA分子的有序程度,有利于PUA成膜物耐热性能的改善;随着聚酯分子量的增加,PU软段的非晶部分和PA的硬段相容性增强,微观相分离减小,聚酯3000制备的PUA复合乳液涂膜只有一个Tg;由于丙烯酸酯的硬度与聚氨酯软段的非晶部分具有很好的相容性,导致各相之间的分离不明显,表明丙烯酸酯的加入,能改善原有PU的性能。