楊玲敏

（天津橡膠工業(yè)研究所四十二站，天津，300384）

聚氨酯-聚丙烯酸酯復合乳液的制備與研究

楊玲敏

（天津橡膠工業(yè)研究所四十二站，天津，300384）

本文閘述了水性聚氨酯與水性丙烯酸酯通過分子鏈間的網絡互穿達到改善材料性能。擴大了材料的應用領域。文章著重從幾方面入手，分析了如選用不同單體含量，不同材質的替換試驗等的實驗數(shù)據(jù)，找出合理配比。

水性聚氨酯，水性丙烯酰酯，網絡互穿，乳化劑

前言：

利用水性聚氨酯改性水性丙烯酸酯，能起到兩種不同材質優(yōu)勢互補的作用。聚氨酯預聚體易與其它單體或聚合物混合發(fā)生互不干擾的平行反應。得到性能優(yōu)良的聚氨酯互穿網絡。所謂互穿網絡聚合物是指兩種或兩種以上互不反應的高聚物在體系內相互貫穿而形成的網絡體系。參與互穿的聚合物大分子互相交叉滲透，機械纏結，起到互容，協(xié)同作用的效果。不同大分子鏈之間互相纏結，使不同組織微細化。這種網絡間的纏結，明顯改善了體系的分散性和界面的親水性。提高了體系的相對穩(wěn)定性。實現(xiàn)了聚合物的性能互補。從而達到改性的目的。這種聚合物間互穿網絡技術從開始發(fā)現(xiàn)便得到人們的青睞。隨著研究不斷深入，目前比較經典的方法是第二聚合物或單體與第一聚合物發(fā)生部分反應，形成聚合交聯(lián)物其性能比過去高聚物間平行互穿網的性能要更加優(yōu)越。

目前許多國家的研究人員都在開展尋求特殊功能的水性聚氨酯。以提高聚氨酯膠膜的耐水性，耐溶劑和耐化學品及機械性能等。其中聚氨酯與聚丙烯酸酯互穿網絡技術可以起到兩者優(yōu)勢互補的作用。水性聚氨酯具有較好的彈性和良好滲透性且耐熱、耐寒、耐化學品、耐曲撓、手感特別柔軟，其濕摩擦牢度及爽滑性好，皮膜不發(fā)粘，不吸附塵土。但其耐水性差，價格高，是聚丙烯酸酯的3～4倍。而水性丙烯酸酯耐水性、耐候性和力學性能好，但存在硬度大，熱粘冷脆等缺點，兩者通過合理配比，綜合性能得到大大改善。

1.化學藥品及主要試驗儀器

1.1 化學藥品

聚酯二元醇（工業(yè)品） 天津第三石油化工廠；二異氰酸酯（工業(yè)品）天津海精化工有限公司；二羥基甲基丙酸（DMPA）化學純蘭溪恒潤化工：三乙胺（TEA）分析純 廣州化學試劑廠；乙二胺（EDA）化學純 天津市富宇精細化工有限公司；甲基丙烯酸丁酯（BA）工業(yè)品 上海永正化工有限公司；甲基丙烯酸甲酯（MMA）工業(yè)品 上海永正化工有限公司；過硫酸銨（分析純），碳酸氫鈉（分析純），OP-10，十二烷基磺酸鈉（分析純）。

1.2 主要試驗儀器

真空泵、攪拌器、恒溫水浴鍋、電子分析天平、干燥箱、力學性能實驗機、旋轉粘度計、電位及粒度分析儀等

2.試驗方法與分析

2.1 水性聚氨酯與聚丙烯酸酯網狀互穿的化學制備

在裝有冷凝管的三口瓶中加入聚酯二元醇。在氮氣保護下加入二異氰酸酯在80度，1小時條件下充分反應后加二羥甲基丙酸(DMPA)反應80度，3h。得到聚氨酯預聚體，降溫并加入甲基丙烯酸丁脂(BA)，體系的粘度得到稀釋。在體系內加三乙胺使體系酸堿性得到中和并攪拌反應0.5h加水乳化同時加入擴鏈劑乙二胺(EDA)反應1小時后得水性聚氨酯。

定量取上述反應后的水性聚氨酯。加入甲基丙烯酸酯(MMA)和甲基丙烯酸丁酯(BA)的混合單體。予乳化反應半小時。并逐步升溫，緩慢加入緩沖劑和1/4引發(fā)劑在80度條件下反應一段時間并滴加剩余的引發(fā)劑。恒溫反應一段時間得聚氨酯與聚丙烯酸酯（PUA）復合乳液。

所得到兩類大分子互穿網狀結構。用該法制備的乳液復合程度更高。乳液的性能更優(yōu)越。這種接枝IPN制備的PUA其聚氨酯丙烯酸酯兩組分間除了存在物理纏結外，還引入了化學鍵，使兩組分微區(qū)之間變得更加融合，微區(qū)更小，因而使材料不僅具有更好的耐候性。而且涂膜的機械強度，耐溶劑性等都有了更大的提高。

2.2 性能分析

2.2.1 表1水性聚氨酯的用量對聚合乳液性能的影響

表1、水性聚氨酯的用量對聚合乳液性能的影響

在乳液中水性聚氨酯起到乳化劑的作用。在一定添加量范圍內，水性聚氨酯（WPU）含量越高，膠液乳化效果越好。乳膠越細膩，粒徑減小，粘度增大。在該體系內水性聚氨酯賦予涂膜良好的附著力。聚丙烯酸酯(PA)提供聚合物良好的光澤度。在配比中PU含量的下降，則膠膜附著力下降，光澤度增加。通過試驗認為WPU含量在17%時各項綜合指標最佳。

2.2.2 表2MMA含量對PUA性能的影響

表2、MMA含量對PUA性能的影響

當共聚物中保持WPU含量17℅。改變MMA，BA配比用量。隨著MMA用量減小，聚合物外觀變得更加細膩，粒徑變小，粘度值增加。這主要是體系內MMA為硬段單體，隨著MMA用量減少聚合物由剛性向柔性方向轉變，而最終顯示出上述結果。一般選用MMA85%，BA15%較合適。

利用小分子乳化劑代替WPU在相同合成條件下制備丙烯酸酯乳液。

2.2.3 表3以小分子乳化劑替換PUA中WPU進行兩者的對比試驗

表3、以小分子乳化劑替換PUA中WPU進行兩者的對比試驗

從試驗結果分析，釆用WPU為乳化劑的PUA其涂膜附著力，電解質穩(wěn)定性和機械穩(wěn)定性都好于小分子乳化劑所制備的膠乳。這是由于WPU分子內產生的內聚力和氫鍵作用，使得WPU乳膠的粘接力大。能提供膠膜較多的強力。且WPU制得的乳膠穩(wěn)定性更好。

2.2.4 表4共聚物中PA含量對共聚物性能的影響

表4、共聚物中PA含量對共聚物性能的影響

由表四可以看出隨著共聚物中PA含量的增加，PUA乳膠膜的彈性模量逐漸提高。

3 結論

從上述試驗結果分析

1.水性聚氨酯乳液在體系中使用量多少對聚合物性能的影響。用量增加乳液細膩，附著力提高。確定了當水性聚氨酯在體系中占有量17%，綜合性能最好。

2.在聚合體中過去常使用小分子乳化劑?，F(xiàn)以水性聚氨酯(WPU)代替小分子乳化劑取得較好效果。

3.聚合體中MMA使用量的多少對聚合物的影響。MMA用量降低，聚合乳液更加細膩，粘度值提高，分子鍵柔性提高。

4.不同PA含量對聚合物性能的影響。隨著PA含量增加，聚合物膠膜的彈性膜量提高。拉伸強力，斷裂伸長率且耐水性均提高。但到達一定值后某些指標值有所下降。因此易選用合適用量。在這里PA選用50%。

張留成，劉玉龍 《互穿網絡聚合物》 烴加工出版社 1990潘祖任 《高分子化學》 化學工業(yè)出版社 2007

山西省化工研究院編 《聚氨酯彈性體手冊》 北京化學工業(yè)出版社

魯?shù)缕?熊傳溪 《高分子乳化劑在丙烯酸酯乳膠共聚物中的應用》 高分子材料科學與工程（2000）

楊玲敏,女,現(xiàn)工作于天津橡膠工業(yè)研究所。主要從事橡膠制品，高分子材料類粘合劑，水性涂料和水性粘合劑等的配方設計。