WPUEA互穿聚合物网络的构建及性能研究.pdf

互穿聚合物网络的构建及性能研究任海文 洪成宇 张晶书 赵林贺 李家伟 周 超(.长春工业大学 教育部合成树脂与特种纤维工程研究中心 吉林长春)(.吉林省产品质量监督检验院 吉林长春)摘 要:以异佛尔酮二异氰酸酯()、聚四氢呋喃二醇()、丙烯酸酯类单体()、环氧树脂()为原料通过交联剂 环糊精()和二乙烯基苯()的引入构建互穿网络制备了具有半互穿网络()和互穿网络()结构的系列水性聚氨酯/环氧树脂/丙烯酸酯()复合乳液 通过改变交联剂的用量探究不同交联剂用量对胶膜性能的影响 结果表明随着交联剂用量的增加乳液的粒径、膜的拉伸强度、水接触角、玻璃化转变温度()、损耗因子()等随之增大吸水率随之减小胶膜综合性能得到提升与 结构相比 结构的 胶膜有更好的耐水性、拉伸强度和阻尼性能关键词:水性聚氨酯环氧树脂丙烯酸酯环糊精互穿网络聚合物中图分类号:.文献标识码:文章编号:():./.通信联系人:周超女博士教授博士生导师主要研究方向为水性树脂基金项目:吉林省科技发展计划项目()水性聚氨酯()具有绿色环保、无毒害的优点和良好的性能被广泛应用于航空航天、建筑、纺织、交通、涂料等领域但是 存在耐候性、耐水性差以及黏度低等缺点限制了其应用 而环氧树脂()有高模量、高黏合强度等优点聚丙烯酸酯()具有较好的耐水性、耐候性通过二者对 进行协同改性可弥补 的缺点 近年来对于、和 两两形成互穿网络结构的研究比较多 本研究将 和 同时引入 体系对具有互穿网络结构的三组分水性聚氨酯/环氧树脂/丙烯酸酯()复合乳液进行研究本实验采用、丙烯酸酯类单体()改性合成了两个系列不同结构的 乳液一个系列是在合成 的过程中引入 对其改性的同时引入 环糊精()作为交联剂交联之后引入 改性构建了半互穿网络()结构 乳液另一系列是先引入、改性交联之后改性时引入二乙烯基苯()再次交联构建了互穿网络()结构的 乳液通过分别改变两个系列交联剂的用量研究在 结构和 结构中交联剂用量对 性能的影响 实验部分.主要原料与仪器设备聚四氢呋喃二醇()工业级天津大学科威公司异佛尔酮二异氰酸酯()、二羟甲基丙酸()、甲基丙烯酸甲 酯()、丙烯酸丁酯()、苯乙烯()、过硫酸钾()、甲基丙烯酸羟乙酯()分析纯阿拉丁试剂(上海)有限公司丁二醇()、三乙胺()分析纯上海易恩化学技术有限公司二甲基乙酰胺()分析纯天津市化学试剂三厂 二月桂酸二丁基锡()、丙酮()分析纯福晨(天津)化学试剂有限公司环糊精()、二乙烯基苯()、环氧树脂 分析纯麦克林试剂(上海)有限公司三羟甲基丙烷()分析纯天津市大茂化学试剂厂 型激光粒度分析仪美国 公司 型傅里叶红外光谱仪美国 仪器公 年第 卷 第 期.聚氨 酯 工 业 司 型电子拉伸试验机日本岛津公司 型动态接触角测量仪德国 公司 型动态机械性能()测试仪美国英特斯朗公司.的制备将 置于 真空干燥箱中脱水除氧 备用 将一定量、加入配有电动搅拌器、回流冷凝管以及氮气进管的三口烧瓶中油浴锅恒温 搅拌转速 /反应 后得到聚氨酯预聚体再加入适量、反应 制得亲水性聚氨酯之后按比例加入、环氧树脂、和 反应 加入适量的丙酮调节体系黏度后降温至 后用 进行中和最后用去离子水进行乳化高速搅拌 得到/乳液 在上述乳液中加入一定量的丙烯酸酯类单体(、)交联剂 和引发剂 机械搅拌混合升温控制温度在 反应 得到 结构 复合乳液 依照以上合成方法分别合成 质量分数为、和 的 结 构 乳 液 记 作、和 质量分数为固定值 质量分数为.、.、.和.的 结 构 乳 液 分 别 记 作、和 复合乳液配方如表 所示表 复合乳液的实验配方样品名称结构/.注:配方中均包含 、.、.交联剂含量是指占所交联单体质量的百分比.胶膜的制备将适量 复合乳液倒入 的聚四氟乙烯模具中乳液中不能存在气泡放置在室温下干燥 后放入 烘箱中干燥 得到胶膜.分析与测试将标准哑铃型样条的胶膜以 /的拉伸速率在电子拉伸试验机上进行拉伸测试将标准矩形样条的胶膜使用动态机械性能测试仪以升温速率 /进行测试 结果与讨论.乳液基础性能测试测试不同交联剂量的 结构和 结构 乳液粒径和固含量结果如表 所示表 乳液基础性能数据表样品名称结构粒径/固含量/.由表 可知无论是 结构还是 结构的 乳液其粒径都随着交联剂含量的增加而增大 这是由于体系中交联剂含量较少时分子链之间化学交联密度低在高速搅拌下易分散乳液粒径小当体系中交联密度增大疏水性增加搅拌下不易分散乳液粒径增大 结构的 乳液粒径比 结构的大这是由于二次交联使分子链之间产生交联体型结构体系分散难度增加粒径增大.乳液胶膜的红外光谱分析图 为两种具有代表性的不同结构 胶膜(和)红外光谱图图 乳液胶膜的红外光谱图由图 可知在 处 基团特征峰消失 范围内为甲基和亚甲基的聚氨酯工业 第 卷 的特征吸收峰 处为 的特征峰在 处具有很强的羰基吸收峰这是由于丙烯酸酯类单体与 反应生成的共聚物形成说明 已成功连接到聚合物分子链上 在 处存在羰基的伸缩峰环氧基团在、附近的特征峰没有出现表明环氧基团开环参与了反应.乳液胶膜的力学性能对不同交联剂含量的 胶膜和 胶膜进行力学性能测试结果如表 所示表 乳液胶膜的力学性能样品名称结构拉伸强度/断裂伸长率/.从表 中可以看出随着 含量的增加 胶膜的拉伸强度和断裂伸长率增加 这是由于分子链中交联剂含量增加使交联密度增大拉伸强度增大但此时构建的 胶膜对分子链的运动限制比较小 随着 含量的增加胶膜的拉伸强度增大但断裂伸长率减小 这是因为当交联剂含量较低时体系中交联密度低分子链运动能力强胶膜的拉伸强度低断裂伸长率高 随着交联剂含量增大交联密度随之增加逐渐转变为体型结构胶膜硬度提高断裂伸长率降低对比可以看出 胶膜比 胶膜具有更高的拉伸强度但断裂伸长率降低这是因为二次交联后体系交联密度增加形成体型交联 结构中分子链的运动能力进一步被抑制.乳液胶膜的亲疏水性和耐水性分析分别测量不同交联剂含量的 胶膜和 胶膜的水接触角和吸水率结果如表 所示由表 可以看出随着交联剂含量的增加两种不同结构的乳液胶膜的水接触角增大吸水率都降低 这是由于聚合物的疏水性取决于疏水基团和分子之间的交联密度随着交联剂含量的增加交联密度增大分子链交联网络越来越紧密胶膜的吸水率下降疏水性增大导致水接触角增大表 乳液胶膜的水接触角和吸水率样品名称结构水接触角/()吸水率/.胶膜的吸水率大于 胶膜的 这是由于 结构为线性和交联分子的结合且整体交联密度比 胶膜的低膜紧密度不如 的相对而言水分子易渗透.乳液胶膜的动态力学分析对不同交联剂含量的 胶膜和 胶膜进行 测试如图 所示()结构()结构图 乳液胶膜的损耗因子曲线由图 可知随着交联剂含量的增加两种不同结构的 胶膜 逐渐升高损耗因子 增第 期 任海文等 互穿聚合物网络的构建及性能研究大 这是因为随着交联剂含量的提高化学交联密度越来越大链段运动能力变差致使内摩擦增大产生较大的内耗导致胶膜的 升高、损耗因子 增大对比图()和()可以看出 结构胶膜具有更高的内耗这是因为 结构中交联密度更大且为体型交联分子链运动更加困难运动时产生的内耗更高即胶膜阻尼性能更优 同时胶膜只存在一个 值说明/的相容性较好 结论()随着交联剂含量的增加两种不同互穿网络结构的复合乳液的粒径和水接触角也随之增大疏水性增强吸水率都有所降低乳液胶膜的 逐渐升高损耗因子 增大()随着 含量的增加 结构的 胶膜拉伸强度和断裂伸长率增大而随着 含量的增加 结构的 胶膜的拉伸强度增大断裂伸长率减小()对比两种不同结构的胶膜可以发现 结构的 胶膜的疏水性、断裂伸长率较好而 结构的 胶膜的耐水性、拉伸强度和阻尼性能更好参 考 文 献 凡永利郑水蓉苏航等.水性聚氨酯改性及其应用研究进展.中国胶粘剂():.吴梦婷徐成书邢建伟等.水性聚氨酯改性的研究进展.印染():.王明英赵才德袁艳等.环氧树脂改性高固含量水性聚氨酯乳液的制备.聚氨酯工业():.辛浩波马端人.丙烯酸酯、环氧树脂、聚氨酯半 结构性能的研究.弹性体():.刘思彤王喆张帅等.环氧树脂含氟丙烯酸酯水性聚氨酯杂化乳液的研究.聚氨酯工业():.孙卫红晏欣.聚氨酯聚丙烯酸酯复合乳液的动态力学性能.弹性体():./().:.刘锦施建刚赵振河.核壳型互穿网络结构 的制备.印染():./(/).:.收稿日期 修回日期 (.)(.):/()()()()()()()()().:作者简介 任海文 男 年出生硕士研究生主要从事水性聚氨酯丙烯酸酯改性研究聚氨酯工业 第 卷