水性光-氧雙固化聚氨酯的制備與性能研究.pdf

1、隨著對揮發(fā)性有機(jī)化合物(VOC)排量的限制愈加嚴(yán)格，各種法規(guī)亦相繼出臺，新環(huán)保法規(guī)亦規(guī)定VOC是霧霾的重要來源之一，因此，節(jié)能環(huán)保產(chǎn)品的開發(fā)愈加受到重視。開發(fā)低溶劑、高固含量、廉價(jià)且性能優(yōu)異的水性樹脂已成為涂料領(lǐng)域的當(dāng)務(wù)之急。紫外光(UV)固化技術(shù)作為一種環(huán)保高效節(jié)能的固化技術(shù)，具有很多優(yōu)點(diǎn)，如固化速度快、節(jié)省能源、低VOC排放量等，近年來成為研究熱點(diǎn)。傳統(tǒng)水性光固化聚氨酯體系在性能上仍然存在部分缺陷，如固含量低、成膜速度慢、運(yùn)輸成本較

2、高;涂膜的力學(xué)性能、耐候性、耐溶劑性等不理想，導(dǎo)致其在應(yīng)用上受到一定的限制。為進(jìn)一步提高固含量、光固化效率和產(chǎn)品性能，本研究分別引入了磺酸鹽型聚酯多元醇(BY3301)、聚乙烯醇0588(PVA)、聚乙烯醇縮丁醛(PVB)等組份，通過分子設(shè)計(jì)，對水性光固化聚氨酯進(jìn)行了系列改性，成功制備了高性能的水性光/氧雙固化聚氨酯乳液;深入研究了乳液的制備方案及其與膠膜的構(gòu)效關(guān)系。
　　(1)BY3301、聚己內(nèi)酯二元醇(PCL，Mn=1000

3、)和異佛爾酮二異氰酸酯(IPDI)等為單體，制備出了高固含量磺酸鹽型水性紫外-氧氣雙固化聚氨酯乳液(UV-SWPU)。通過動態(tài)光散射儀、原子力顯微鏡(AFM)、熱重(TG)、掃描電鏡(SEM)等測試方法研究了m(PCL)/m(BY3301)比例對乳液以及乳膠膜微觀形貌、力學(xué)性能、耐水性和熱穩(wěn)定性的影響。結(jié)果表明，隨著BY3301的含量的增加，乳液的固含量由38％增加至55％，乳液的平均粒徑由33.70nm增加至50.94nm，分布系數(shù)有

4、所增加;乳膠膜拉伸強(qiáng)度由46.7MPa提高至55.65MPa，吸水率降低，乳膠膜表面粗糙度增加，熱穩(wěn)定性提高。但當(dāng)BY3301含量高于16.7％時(shí)，乳膠膜的力學(xué)性能和耐水性下降;當(dāng)BY3301含量高于33.3％，乳液粒徑和分布系數(shù)有所下降。與單一氧氣固化和單一紫外固化相比，紫外-氧氣雙固化體系可明顯改善乳膠膜的拉伸強(qiáng)度和耐水性。涂層應(yīng)用性能測試表明當(dāng)BY3301含量在26.7％時(shí)，綜合性能較為理想。
　　(2)以BY3301、IP

5、DI、季戊四醇三丙烯酸酯(PETA)為主要原料，二羥甲基丁酸(DMBA)作為親水?dāng)U鏈劑，采用丙酮法合成了磺酸鹽紫外固化水性聚氨酯(UV-SWPU)，再將其與PVA溶液機(jī)械共混制得UV-SWPU/PVA共混乳液。采用了紅外光譜(FT-IR)和X射線衍射(XRD)表征了聚合物結(jié)構(gòu)和結(jié)晶性能，通過動態(tài)光散射儀、SEM等方法研究了乳液粒徑、截面形貌等。結(jié)果表明，隨著PVA含量的增高，乳液粒徑增加，乳液粒徑分布曲線和微分熱重曲線均呈單峰分布，粒徑

6、分布系數(shù)變化不大，兩者相容性較好。UV-SWPU/PVA膠膜結(jié)晶性、力學(xué)性能均提高，斷裂伸長率下降，乳膠膜呈現(xiàn)脆性斷裂;乳膠膜的吸水率上升，接觸角下降。
　　(3)以IPDI、聚乙烯縮丁醛(PVB)、PETA、DMBA和馬來酸酐(MA)等為原料，首先通過自由基聚合法，合成了水性中間體PVB接枝改性物PVB-M;并通過改變PVB-M的含量，制得系列UV固化型水性聚氨酯(UV-WPBU);并通過FT-IR、TG、XRD、AFM、SEM

7、和DMA等方法對聚合物進(jìn)行了表征。通過FT-IR證實(shí)了UV-WPBU的結(jié)構(gòu)。隨著PVB-M含量的增加，乳液的粒徑由29.87nm增加至79.95nm;且當(dāng)PVB-M的含量高于8.53％時(shí)，乳液的穩(wěn)定性下降，粒徑急增至428.9nm。隨著PVB-M的增加，吸水率從51.34％降至11.93％，接觸角由92°增加至103°，PVB-M的引入可明顯提高膠膜的耐水性。乳膠膜的拉伸強(qiáng)度呈現(xiàn)先增大后減少的趨勢，PVB-M的含量為8.53％時(shí)，達(dá)到最