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丙烯酸酯改性水性聚氨酯乳液性能的研究
李延科，凌爱莲，桑鸿勋，武青
(北京工业大学环能学院应用化学系，北京市100022)
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:丙烯酞胺，化学纯，进口分装:OP-10:十二烷基硫酸钠:K2S208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酞胺，并滴加K2S208, 3 h内滴加完毕。在80℃下保温反应2h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/1%=<(W2-W1)/W1>x100
膜的机械性能的测定用INS丁RON4302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'C•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.丙烯酸酣改性对水性聚氨醋玻璃化温度的影响
从(升温速度20C " min-1)(升温速度10C·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Tgl，高温是硬段的玻璃化温度Tg2; PUA有1个玻璃化温度丁9。当升温速度为10C "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.丙烯酸酌改性对水性聚氨醋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1501C，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.丙烯酸酌改性对水性聚氨酌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
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。
表2 PU和PUA的耐溶剂性能(室温，24 h)
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。
