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聚氨酯(PU)具有一定的耐磨性、耐低温性等性能并且对不同种类的基材有一定的粘接性等优点,因而被广泛地应用在涂料和胶黏剂等领域。水性聚氨酯(WPU)是以水作为溶剂的聚合物,水的引入既可以降低PU生产所需要的成本,又可以降低VOCs对自然环境的污染。水性聚氨酯虽然具有很多优良的性能,但是仍然有许多不足之处,进而需要对其进行改性,因此本研究的主要方向是通过引入多种改性剂来合成具有某种优良性能的WPU,进一步对所合成的交联型及聚合型的WPU的制备方案及性能进行一定的分析及讨论。首先,在反应中,采用溶液聚合的制备方法,以六亚甲基二异氰酸酯(HDI)与聚酯多元醇(PE-3020)合成了聚氨酯预聚体,在此基础上加入扩链剂2,2-二羟甲基丙酸(OMPA)、改性剂黄原胶(Xanthan),通过黄原胶中的-OH与HDI中的-N=C=O的反应合成了黄原胶改性水性聚氨酯(WPU)乳液。采用粒径分析仪、X射线衍射仪(XRD)、傅里叶红外光谱仪(FTIR)、热失重分析仪(TG)、原子力显微镜、光学视频接触角测量仪等对黄原胶改性水性聚氨酯乳液进行表征及测试,考察黄原胶的添加量对WPU改性胶膜的耐水性、力学性能和乳液粒径等的影响。结果表明,当黄原胶加入的质量分数为0.2%时,乳液外观呈现半透明泛蓝光,乳液粒径均匀;拉伸强度达到17.86MPa,断裂伸长率为489.3%;呈现的水接触角为57.5°,吸水率从31.6%降低至20.1%。原子力显微镜显示,改性后的WPU胶膜的表面较未改性的WPU出现了较多微小凸起的小鼓包,并且发现黄原胶改性后的表面的粗糙程度明显地增加,黄原胶改性后的WPU与未经过改性的WPU进行相比较,热稳定性有效地被改善了。综上所述,黄原胶改性的WPU粘度及热稳定性得到了显著提高。通过预聚合和原位自由基共聚合两步法合成了丙烯酸酯接枝环氧树脂、硅氧烷和含氟有机物共同改性的水性聚氨酯杂化乳液,以提高水性聚氨酯的疏水性。实验中六亚甲基二异氰酸酯(HDI)与聚酯多元醇(PE-3020)为单体,以2,2-二羟甲基丙酸(DMPA)为亲水扩链剂,以丙烯酸-4-羟基丁酯(4-HBA)、环氧树脂(E-51)和γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(KH-560)为改性剂制得了-NCO封端、含有双键的聚氨酯预聚体;然后,将封端的预聚体与甲基丙烯酸六氟丁酯(HFBMA)原位自由基共聚合,制得了 4-HBA/E-51/KH-560/H-FBMA共同改性的水性聚氨酯杂化乳液(HEKH-WPU)。采用傅里叶红外光谱仪(FTIR)、X射线衍射仪(XRD)、粒径分析仪、热失重分析仪(TG)、光学视频接触角测量仪等,对聚合物膜进行了表征及测试,并考察了在4-HBA的加入量为质量分数的5%和KH-560的加入量为质量分数为2%时,改性剂E-51和HFBMA的用量对HEKH-WPU胶膜的耐水性、力学性能和乳液粒径等的影响。结果表明,当E-51加入量为5%,HFBMA为30%时乳液外观呈现半透明泛蓝光,乳液粒径均匀,拉伸强度达到9.430 MPa,断裂伸长率达317.5%,呈现的水接触角为107°,吸水率从32.8%降低至6.07%。说明经4-HBA/E-51/KH-560/HFBMA多重改性的WPU的疏水性能及吸水率得到了显著改善。聚氨酯预聚物由六亚甲基二异氰酸酯(HDI)和聚酯多元醇(PE-3020)合成。在此基础上,加入扩链剂2,2-二羟甲基丙酸(DMPA)和丙烯酸-4-羟基丁酯(4-HBA),合成4-HBA改性水性聚氨酯乳液(4-HBA/WPU)。在4-HBA/WPU乳液中加入一定量的柠檬烯(Limonene),采用原位聚合法合成柠檬烯改性4-HBA/WPU乳液(4-HBA/Limonene/WPU)。对改性后的聚合物膜进行傅里叶红外光谱仪(FTIR)、X射线衍射仪(XRD)、粒径分析仪、热失重分析仪(TG)、光学视频接触角测量仪和吸水性试验等表征及测试。结果表明,4-HBA和柠檬烯的加入量对WPU的热稳定性、耐水性、力学性能和乳液粒子等产生影响。当添加的柠檬烯的量为8%,添加的4-HBA的量为6%,乳液外观呈半透明蓝光,热稳定性高于未改性WPU,抗拉强度达到169.5 MPa,呈现的水接触角为105°,吸水率从29.3%降低至7.8%。综上所述,4-HBA和Limonene改性WPU乳液的力学性能及疏水性、吸水性得到了显著改善。