丙烯酸酯改性水性聚氨酯乳液性能的研究

用乳液聚合的方法制备出丙烯酸酯改性的水性聚氨酯共聚乳液（PUA乳液），并对PUA乳液的耐溶剂性、热性能和机械性能进行了初步的研究。结果表明，具有核壳结构的PUA乳液耐溶剂性、热稳定性和机械性能比水性PU有明显的提高。 关键词：水性聚氨酯；共聚； 核壳结构  1．前言 水性聚氨酯乳液（水性PU）具有耐低温、柔韧性好等优点，但也有耐高温性能不佳、耐水性差等缺点。丙烯酸酯乳液（PA）具有较好的耐水性、耐侯性，但存在硬度大、不耐溶剂等缺点。用丙烯酸酯对水性聚氨酯改性，可把二者的优点结合起来，克服各自的缺点。我们采用在水性聚氨酯乳液中滴加丙烯酸酯，进行乳液聚合的方法，制备出了性能优异、具有核壳结构的水性聚氨酯与丙烯酸酯共聚乳液（PUA）<1，2>，并对乳液及胶膜的热性能和机械性能进行初步的探讨。  2．实验部分  2.1．主要原料 水性聚氨酯乳液，自制；甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸，工业品，北京东方化工厂；丙烯酰胺，化学纯，进口分装；OP—10；十二烷基硫酸钠；K2S2O8等。  2.2．实验过程 在四口烧瓶中加入水性聚氨酯和乳化剂，快速搅拌乳化0.5 h。在80℃下滴加丙烯酸酯混合单体及丙烯酰胺，并滴加K2S2O8，3 h内滴加完毕。在80℃下保温反应2 h后，冷却出料。  2.3．性能测试 胶膜的制备 将乳液在聚四氟乙烯板上流延成膜，然后放入烘箱中，在80℃下烘2~3 h，制备出厚度约为1 mm的膜。 吸水性的测定 称取质量为W1的乳胶膜，浸入去离子水中，24 h后取出用滤纸揩去表面水，称质量W2，吸水性可按下式计算： 吸水性/% = <（W2－W1）/ W1>×100 膜的机械性能的测定 用INSTRON4302型拉力机测拉伸强度和断裂伸长率。拉伸速度为5 mm·min-1。 膜的热性能分析 用PERKIN ELMER热失重分析仪（TGA）对膜进行热分析。升温速度为20℃·min-1，气氛为氮气。 玻璃化温度的测定 用PERDIN ELMER DSC热分析仪测玻璃化温度。  3．结果与讨论  3.1．丙烯酸酯改性对水性聚氨酯玻璃化温度的影响 从（升温速度20℃·min-1）（升温速度10℃·min-1）可以看出，PU有2个玻璃化温度，低温是软段的玻璃化温度Tg1，高温是硬段的玻璃化温度Tg2；PUA有1个玻璃化温度Tg。当升温速度为10℃·min-1时，在PUA的大台阶中还存在1个小台阶，这表明在PUA中聚氨酯（PU）和聚丙烯酸酯（PA）并不完全相容，还有一定的相分离，只是二者比较接近，表现为1个玻璃化温度。当升温速度为20℃·min-1时，这个小台阶将消失。这种相分离呈现出核壳型复合乳液类似的热行为特征<3>，小台阶越大，说明相分离程度越大。  3.2．丙烯酸酯改性对水性聚氨酯胶膜热稳定性的影响 改性后的水性PUA的初始分解温度比水性PU升高约150℃，耐热性能大为提高。这可能是因为以PU为核、丙烯酸酯为壳，以及通过接枝形成的核壳结构，增强了各基团的热稳定性，使分解变得较为困难。  3.3．丙烯酸酯改性对水性聚氨酯胶膜机械性能的影响 由表1可以看出，经过改性后，PUA的拉伸强度比PU要大，而断裂伸长率降低，胶膜变硬。其原因可能是PUA中存在着PA与PU的相分离，使胶膜的机械强度变大<4>。 表1 PU和PUA的机械性能 样品类型 拉伸强度/MPa 断裂伸长率/% 模量/MPa 水性PU 2.29 919.3 72.8 水性PUA 8.58 89.5 289.5 3.4．丙烯酸酯改性对水性聚氨酯胶膜耐溶剂性的影响 表2是水性PU和PUA的耐溶剂实验结果。从表中可以看出，PUA胶膜的耐溶剂性明显优于PU，改性效果显著，这说明由于形成了核壳结构，发挥了协同、优势互补的作用<5>。 表2 PU和PUA的耐溶剂性能（室温，24 h） 样品类型 水 无水乙醇 丙酮 二甲酰胺 四氢呋喃 甲苯 水性PU 严重溶胀 溶解 溶解 溶解 溶解 溶解 水性PUA 吸水性 16.44% 溶胀 溶胀 部分溶解 溶胀 溶胀  4．结论 用丙烯酸酯对水性PU进行共聚改性，可得到具有核壳结构的水性PUA乳液。该乳液具有良好的耐溶剂性、热稳定性和机械性能。

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