环氧树脂和丙烯酸酯共同改性水性聚氨酯的制备与性能研究

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水性聚氨酯(WPU)材料继承了传统溶剂型聚氨酯的优良性能外,以水作为分散剂,不但降低了挥发性有机化合物(VOC)的污染,而且由于其特殊的结构,赋予了材料独特的物理化学性质。软硬可调、耐磨性能良好、耐候性以及附着力等方面有着突出的表现。具有优良特性的水性聚氨酯材料被广泛应用于涂料、建筑、交通、纺织等日常生活各个领域。但WPU材料也不是尽善尽美,存在着耐水性差、力学性能表现不佳、耐光性不好等方面的缺点。因此,为了符合快速发展的社会,适应不同领域的多样化需求,扩大聚氨酯的应用范围,我们进行了一系列有关聚氨酯改性方面的研究。本文的主要研究内容包括以下几个方面:(1)以聚四氢呋喃二醇(PTMG)、异氟尔酮二异氰酸酯(IPDI)为主要原料,辅以各种助剂,制得纯WPU乳液,并制成胶膜。再以相同原料制得水性聚氨酯预聚体后,引入不同比例的环氧树脂(EP),成盐剂中和,高速剪切分散得到一系列的环氧树脂改性水性聚氨酯(PUE)复合乳液,制得PUE胶膜。研究发现,当材料中EP的含量不断上升的同时,其在力学性能、热稳定性、耐水性等方面有着突出的表现。但是当EP含量达到11%时,材料性能有所下降。实验结果表明,环氧树脂可以改善水性聚氨酯材料的性能,但是过量的环氧树脂则会对材料造成不良影响。(2)通过控制变量法调节双羟甲基丙酸(DMPA)、甲基丙烯酸羟乙酯(HEMA)、三乙胺(TEA)的量,制得一系列的环氧树脂和丙烯酸酯共同改性水性聚氨酯(WPUEA)复合乳液,制得胶膜。进行各项性能测试后发现,DMPA量过少时影响材料的整体性能,DMPA含量达到12%时性能最佳,超过12%则性能开始下降。HEMA的封端量达到50%时,材料的综合性能最佳,超过50%时胶膜会变脆,出现褶皱。TEA的中和量需要达到100%,TEA一方面影响乳液的稳定性,另一方面则会影响材料的力学性能以及耐水性等方面性能。以最佳配比制得环氧树脂和丙烯酸酯共同改性的胶膜,发现材料相对于WPU和PUE胶膜,耐水性和热稳定性得到显著提高,力学性能等其他方面得到进一步改善。
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