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聚氨酯硬段和软段间的不相容、分子间氢键及不同化学组成致使聚合物形成微相分离结构,赋予聚氨酯优异的物理机械性能和耐化学介质性能,使得聚氨酯涂料尤其是双组份聚氨酯涂料在涂料工业中占有重要地位。随环保法规的严格执行,高性能、无醛和交联型水性涂料得到快速发展,双组份水性聚氨酯涂料(2K-WPU)成为研究热点。2K-WPU由羟基水性聚多元醇、六亚甲基二异氰酸酯(HDI)或异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)多异氰酸酯交联剂(亲水改性或不改性)、助溶剂和水组成。羟基水性聚多元醇包括聚酯、聚丙烯酸酯、聚氨酯及它们的杂合物。其中羟基聚丙烯酸酯多元醇具有优异的耐水解性能和成本低廉的优点,得到广泛关注。根据制备方法将羟基聚丙烯酸酯多元醇分为羟基聚丙烯酸酯乳液(PAE)和羟基聚丙烯酸酯水分散体(PAD)两大类。PAE拥有较高的数均分子量(Mn)和玻璃转化温度(Tg),常温下赋予2K-WPU涂膜快速的物理干燥性能。但残留在涂膜中的乳化剂和保护胶,会降低涂膜外观和性能,使现有PAE型2K-WPU较难满足市场需求。PAD虽不含乳化剂和保护胶,涂膜具有良好的外观。但PAD具有高含量的亲水羧酸,降低双组份涂料的耐水/耐乙醇性能。为克服上述缺陷,提高2K-WPU涂膜性能,本文设计合成新型羟基聚丙烯酸酯乳液(PAH)和羟基聚丙烯酸酯分散体(NPAD),并表征它们的性能,研究双组份水性聚氨酯涂料活化期的影响因素。以甲基丙烯酸-β-羟丙酯(HPMA)为羟基单体,采用种子乳液聚合、极性单体分段滴加工艺合成了高羟值和高固含量(≥45.0%)的聚丙烯酸酯乳液,配制2K-WPU,考查了羟值对乳液聚合稳定性、乳液粒径和涂膜物理化学性能的影响,探索了2K-WPU的-NCO和-OH摩尔比对涂膜性能的影响规律。研究发现:提高羟值增加乳液聚合的凝胶率,降低单体的转化率,使乳液聚合稳定性下降,乳液粒径变大,分布变宽;涂膜硬度和交联度随羟值的增大而提高,涂膜光泽和耐介质性能分别在羟值为65.9 mgKOH/g和82.4 mgKOH/g达到最佳;当-NCO与-OH的摩尔比为1.5-1.8时,2K-WPU涂膜的综合性能最佳。傅立叶红外光谱(FT-IR)分析表明在涂膜形成过程中-NCO与-OH的固化完全反应需7天。采用种子乳液聚合工艺,以甲基丙烯酸-β-羟乙酯(HEMA)为羟基单体,结合即时中和与极性单体分段滴加等方法合成了固含量为45.0%的新型聚丙烯酸酯杂合乳液(PAH)。TEM观察发现:该PAH乳液由表层富含羧酸盐的聚合物P1组成的小粒子和表层富含羟基的聚合物P2组成的大粒子构成。纳米粒度分析表明:相对于常规羟基聚丙烯酸酯乳液(PAE),PAH的粒径分布更宽,平均粒径更小;测试PAH配制的2K-WPU的综合性能发现:当-COOH基团和-OH基团在P1和P2中的质量比分别为1:0和1:3时,涂膜性能最佳; FT-IR分析发现:涂膜固化过程中-NCO与-OH完全反应仅需3天;原子力显微镜(AFM)分析显示:2K-WPU涂层结构致密且平整。将含有羧酸盐的聚合物P3和不含羧酸盐的聚合物P4混合后,在水中乳化制备新型自乳化水性聚丙烯酸酯分散体(NPAD)。粒径分布分析表明NPAD粒径分布具有双峰特征,不仅可采用聚合物P3的添加量,而且可通过P3中羧酸单体的质量分数来调控粒径分布。TEM分析显示NPAD含有两种不同粒径的粒子,粒径小的粒子由亲水聚合物P3组成;粒径大的粒子具有核壳结构,其中亲水性的P3组成壳,P4组成的核。AFM分析表明NPAD型2K-WPU涂膜具有优异的涂膜外观。涂膜性能检测显示NPAD型2K-WPU具有优异的涂膜性能:如90%的涂膜光泽,摆杆硬度为0.81,涂膜吸水率为4.2%;涂膜吸醇率为8.5%等;TGA分析表明NPAD型2K-WPU涂膜具有较好的热稳定性,涂膜的起始热分解温度达到225℃。分别将PAD和PAE与亲水改性多异氰酸酯固化剂配制2K-WPU,测试涂膜硬度、光泽度和耐化学性能,研究了2K-WPU在不同放置时间内的物理化学行为。结果发现:随存放时间增加,PAD型2K-WPU的黏度降低,涂膜的起泡程度逐渐增加,涂膜硬度先降低后增加,耐水性和耐化学性能下降;随存放时间增加,PAE型2K-WPU的黏度先下降后升高,涂膜硬度逐渐降低,耐化学性能下降,气泡相对较少;在活化期内,PAD型和PAE型2K-WPU的粒径和光泽均无明显变化;PAE型2K-WPU的活化期一般在4h以内,而PAD型的更短,但涂膜的综合性能更优。因此施工前不能根据2K-WPU的黏度变化来判断其活化期,而须根据涂膜性能变化来判断。