1 实验部分 1.1 主要原料 2,4-甲苯二异氰酸酯(TDI)、丁酮均为分析纯,聚醚多元醇(相对分子质量2000)、二甘醇、三羟甲基丙烷(TMP)、二羟甲基丙酸(DMPA)、三乙胺(TEA)、丙烯酸乳液(浙江三木化工有限公司)均为工业品。 1.2 水性聚氨酯乳液的合成 将脱水后的聚醚多元醇和TDI按一定比例分别加入装有温度计、搅拌器及回流冷凝管的三口烧瓶中,在75℃左右保温2h,再加入DMPA及适量的丁酮,反应1h后再加入二甘醇及TMP的丁酮溶液,继续反应1h后冷却至40℃左右,用TEA中和至pH值7~8,在高速搅拌条件下,加入去离子水,继续搅拌15min左右,即得含固量约为25%的水性聚氨酯乳液。 1.3胶膜的制备 将水性聚氨酯乳液和丙烯酸酯乳液以不同的配比放入烧杯中搅拌15min左右,然后将乳液在聚四氟乙烯板上流涎成膜,常温下静置72h,然后放入烘箱中,在130℃下焙烘90min即得所需的膜。 1.4膜的结构及性能测试 1.4.1 X射线衍射 采用D/MAX-3CX射线衍射仪测定不同配比的共混膜的衍射强度曲线. 1.4.2热失重分析(TGA) 采用PERKIN-ELMER DSC7型热分析仪测试其热失重(TGA)曲线。 1.4.3 断裂强度及断裂伸长率 用刀片将共混膜样品制成10mm×60mm的细长条,然后用螺旋测微器在每条样品上取3个点测定厚度,取平均值.样品在恒温、恒湿条件下(T=13.5℃,RH=70.5%)下平衡24h后,在Instron l211型强伸仪上测定共混膜的绝对断裂强度(N)和绝对断裂伸长(mm),样品夹持长度为50mm.最后以下面公式计算 相对强度(N/mm2)和伸长率(%). 2 结果与讨论 2.1 膜的结构 2.1.1 X射线衍射 PU/PA共混膜的X-射线衍射曲线如图1所示 从图1可以看出,曲线1(PU)在20.00°有一较强的峰,在11.00°左右还有一微弱的峰,随着PA含量的增加,PU的这两个峰均增强,其中20.00°的衍射峰增强得更加明显.此现象表明,两者之间存在某种相互作用,即丙烯酸的加入促进了PU结晶的形成.PU的结晶主要是由硬段中的氨酯基-NHCOOR与PA中的-COOH等极性基团间形成了氢键,提高了PU硬段的结晶度。 2.1.2 热分析 PU/PA共混膜的TGA曲线见图2. 从图2可以看出,聚氨酯在270-480℃分两个阶段失重,低温为软段的分解温度,高温为硬段的分解温度.这就证实了聚氨酯中存在微相分离的说法.而聚丙烯酸酯的失重只有一个阶段,最大失重率出现在420℃,说明PA为均相体系.共混膜中,随着PA含量的增加,台阶越来越不明显,PA含量达到80%时,体系已呈均相(曲线4).而且随着PA含量的增加,分解温度也逐渐向高温移动.PU/PA共混膜的TGA曲线表明,PU和PA并不完全相容,还有一定的相分离,PA的加入提高了PU膜的热稳定性。 2.2膜的力学性能 PU/PA共混膜的断裂强度及断裂伸长率见表1. 由表1可看出,PA的加入有利于提高PU的强度和伸长率,当PU/PA共混膜中PA的含量为20%时,共混膜的强度和伸长率均达到最大值,因此,要获得较好力学性能的共混膜,PA的含量≤20%。 3 结论 通过丙烯酸酯共混改性水性聚氨酯膜的结构和性能研究,表明PU和PA存在某种相互作用,使两者能有较好的相容性,但PU和PA并不完全相容,还有一定的相分离,PA的加入提高PU膜的热稳定性.当PA的含量≤20%时,共混膜具有较好的力学性能。 表1 共混膜(PU/PA)的断裂强度及断裂伸长率 参考文献: [1I 曹坤,吴键芬,孙建中等.水性聚氨酯研究进展[J]高分子通报,1994,(3):156-159 [2] Matsuda K,Ohmura H.Emulsion of Polyurethane Having Setting Properties[J]Joumal of Applied Polymer Science,1979,(23):141-153 [3] Tamakj T.Recent Developmemt in Waterbome Polyurethane Dispersions [J]DIC Tech Rev,1997,(3):1-5 [4]Satguru R,McMabon J,Padget JC et al. Aqueous Polyurethane for Surface Coatings[J]Surface Coatings International,1994,77(10):424-426 [5] 李芝华 郑子樵,丙烯酸树脂改性的水性聚氨酯性能与结构[J]化学与粘合,2000,(4):155-157 [6] Bakker F. Developmemt and App1ication Properties of Acrylic and Urethane Dispersion[J] Paint Polymers and colour Journal,1992,182 (4310):376-377 [7] 李延科 凌爱莲,丙烯酸酯改性水性聚氨酯乳液性能的研究[J]化工新材料,2000,(5):31-32 [8] 陈义芳,聚氨酯-丙烯酸互穿网络聚合物乳液制备[J]聚氨酯工业,1999,14(3):10-13 [9] Jansse PL.Development in waterborne Urethane and Urethane-Acry1ate Binders [J]Paint Polymers and Colour Journal,1991,181(4287):398-404 [10] 李芝华 李菊仁,丙烯酸树脂改性的水性聚氨酯红外光谱分析[J]湖南师范大学自然科学学报,1999,22(3):45-48 [11] 尹朝辉 张洪涛 林柳兰,聚氨酯-丙烯酸酯复合乳液的新进展[J]涂料工业,1998,(12):31-34 来源: 印染在线 作者:邵菊美,陈国强,史丽颖,周绍强,顾红桃(苏州大学材料工程学院, 江苏苏州215021) 作者简介:邵菊美(1978-),女,浙江金华,硕士,主要从事纺织助剂的研究开发工作
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