聚丙烯酸酯共混改性 水性聚氨酯乳液性能研究

1、全國(guó)中文核心期刊聚丙烯酸酯共混改性水性聚氨酯乳液性能研究曾小君，袁榮鑫，寧春花，周弟（常熟理工學(xué)院化學(xué)與材料工程系、江蘇省新型功能材料重點(diǎn)建設(shè)實(shí)驗(yàn)室，江蘇常熟）摘要：自制水性聚氨酯乳液，并采用共混方法制備聚丙烯酸酯改性水性聚氨酯乳液。研究了共混改性涂膜的結(jié)構(gòu)和性能，結(jié)果表明，聚丙烯酸酯共混改性水性聚氨酯乳液的涂膜性能比水性聚氨酯乳液涂膜性能有明顯的提高。膜的耐熱性有了較大的提高，拉伸強(qiáng)度比膜大，而膜變硬、斷裂伸長(zhǎng)率大大降低。經(jīng)過機(jī)械共混改性后，關(guān)鍵詞：水性聚氨酯；聚丙烯酸酯；共混；改性中圖分類號(hào)：文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：文章編號(hào)：（）：（），（），；：；環(huán)境友好材料是近年來世人所矚目的新領(lǐng)域，由于其在生產(chǎn)

2、和使用過程中能明顯減少環(huán)境污染及對(duì)生產(chǎn)者健康的危害，因而發(fā)展十分迅速。聚丙烯酸酯（）乳液和聚氨酯（）乳液與溶劑型產(chǎn)品相比，具有價(jià)廉、安全、不燃、無毒、不污染環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)。水性聚氨酯還以其優(yōu)良的性能在建筑裝飾等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景，目前已經(jīng)成為聚氨酯化學(xué)發(fā)展最活躍和最有發(fā)展前途的分支之一。水性聚氨酯具有耐低溫、柔韌性和耐磨性好、粘接強(qiáng)度大等優(yōu)點(diǎn)，但也有耐高溫性能不佳、耐水性差、膜保光性差等缺點(diǎn)；而聚丙烯酸酯乳液具有較好的耐水性、耐候性和耐化學(xué)藥品性，但存在著硬度大、脆性大、柔韌性差等缺點(diǎn)。因此和在性質(zhì)上具有一定的互補(bǔ)作用，聚氨酯聚丙烯酸酯（）共混乳液能克服各自的缺點(diǎn)，發(fā)揮各自的優(yōu)勢(shì)，使乳液及膠膜

3、的性能得到明顯的改善?；痦?xiàng)目：江蘇省高校自然科學(xué)研究課題基金資助項(xiàng)目通過兩者有機(jī)結(jié)合使材料的綜合性能得到顯著提高，已經(jīng)成為研制第三代新型水性聚氨酯的重要途徑。在實(shí)驗(yàn)中，我們把聚酯型陰離子水性聚氨酯（）與聚丙烯酸酯（）乳液進(jìn)行機(jī)械共混，制得水性和的共混乳液，并對(duì)乳液及膠膜的性能進(jìn)行了探討，為聚丙烯酸酯改性水性聚氨酯乳液獲得了重要的設(shè)計(jì)思路與理論依據(jù)。實(shí)驗(yàn)部分主要原料聚酯型陰離子水性聚氨酯乳液（）：固含量，自制；聚丙烯酸酯乳液（）：固含量，昆山開發(fā)區(qū)乾錸化工股份有限公司；、機(jī)械共混物（）：固含量，自制。性能測(cè)試方法膠膜的制備將、和乳液分別在聚四氟乙烯板上流延成膜，然后放入烘箱中，在下烘，制備厚度

4、約為的薄膜。吸水率的測(cè)試稱取質(zhì)量為的薄膜（×），在下浸沒在去離子水中，經(jīng)后取出用濾紙揩去表面水，稱量，（）；江蘇省高校高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究課題；江蘇省新型功能材料重點(diǎn)基金資助項(xiàng)目（）建設(shè)實(shí)驗(yàn)室開放研究課題基金資助項(xiàng)目（）收稿日期：作者簡(jiǎn)介：曾小君，男，年生，江西龍南人，碩士，副教授。曾小君，等：聚丙烯酸酯共混改性水性聚氨酯乳液性能研究然后計(jì)算吸水率。乳液粒徑的測(cè)試用英國(guó)公司的粒徑分布儀測(cè)試平均粒徑及粒徑分布。分析用美國(guó)型差熱分析儀對(duì)膜進(jìn)行分析。測(cè)試溫度范圍，氮?dú)鈿夥?，流量，升溫速率為。分析用瑞士?jī)x器有限公司型熱失重分析儀對(duì)膜進(jìn)行分析。測(cè)試條件：升溫范圍為，升溫速率為，氮?dú)鈿夥?，保持?/p>

5、量為。拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率測(cè)試用型機(jī)械式拉力試驗(yàn)機(jī)測(cè)試膠膜的拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率，拉伸速度為。硬度測(cè)試用型橡膠硬度計(jì)按照測(cè)試薄膜的硬度。用裁刀裁取試樣，將其平行重疊，使其厚度超過。手持橡膠硬度計(jì)，平壓在試樣上，直至硬度計(jì)底面與試樣表面平穩(wěn)地完全接觸時(shí)起內(nèi)，讀出硬度計(jì)的讀數(shù)，即試樣的硬度值。這說明二者的無法稱量，而吸水后其膠膜質(zhì)量逐漸增大，吸水機(jī)理是不同的。對(duì)于水性聚氨酯樹脂，首先是水分子的滲入與擴(kuò)散，由于極性基團(tuán)容易與水締合，樹脂分子鏈很快被水分子飽和，在水分子作用下，削弱樹脂分子間的相互作用，分子間距離增大，導(dǎo)致樹脂的溶脹和溶解；其次，聚氨酯結(jié)構(gòu)中的氨基甲酸酯、脲基、酯基也能發(fā)生水解反應(yīng)，促

6、使它們更易溶解。因此，吸水時(shí)，很快達(dá)到一個(gè)峰值，接著就漸漸溶脹和溶解，膠膜質(zhì)量減輕。而主鏈上均為單鍵，很難被水水解，加之分子鏈極性小，故水滲入擴(kuò)散的速度與程度都較小，也就很難將其溶脹，但隨著水的漸漸滲入，滲入的水越來越多，膠膜質(zhì)量逐漸增加。當(dāng)然，直至較長(zhǎng)的一段時(shí)間，它亦可受到水分子的嚴(yán)重破壞。與共混改性對(duì)水性耐溶劑性的影響表是水性和機(jī)械共混物的耐溶劑（室溫，）實(shí)驗(yàn)結(jié)果。表項(xiàng)目水性和膠膜的耐溶劑試驗(yàn)結(jié)果耐溶劑性丙酮溶解溶脹溶解溶解甲苯溶解溶脹吸水率無水乙醇溶解溶脹水性嚴(yán)重溶脹部分溶解部分溶解結(jié)果與討論由表可見，膠膜的耐溶劑性能明顯優(yōu)于水性，改性效果顯著。這從某種程度上說明，由于、發(fā)揮了協(xié)同作用，

7、二者可以優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。乳液的平均粒徑與機(jī)械共混對(duì)耐水性的影響表是、和等種膠膜在去離子水中浸泡不同時(shí)間的吸水率測(cè)試結(jié)果。表項(xiàng)目經(jīng)測(cè)試，、及共混乳液的平均粒徑分別為、。由于共混體系是機(jī)械混合，粒徑增大不顯著，具有明顯的機(jī)械混合的特征。與共混改性對(duì)水性玻璃化溫度的影響水性、和膠膜的吸水率浸水浸水無法稱量浸水無法稱量討論和的曲線是探討聚丙烯酸酯改性水性聚氨酯材料熱行為特征的前提和基礎(chǔ)。、及的曲線如圖所示。從圖中的曲線可以看出，有個(gè)玻璃化溫度，低溫是軟段的玻璃化溫度（），高溫是硬段的玻璃化溫度（）。這說明聚氨酯中硬段鏈與軟段鏈存在微相分離狀態(tài)。造成這種微相分離狀態(tài)的原因除了軟段、硬段各自的極性差異外，還由于

8、離子基團(tuán)的引入而產(chǎn)生的庫侖力作用，以及硬段中氫鍵的存在，都大大地推動(dòng)其相分離的形成和促進(jìn)硬段具有較高的玻璃化溫度。同時(shí)還可以看到，在處有一面積較大的吸熱峰，這是由于中因庫侖力及氫鍵作用而形成的一種有序結(jié)構(gòu)。該吸熱峰就是這種有序結(jié)構(gòu)向無序結(jié)構(gòu)形態(tài)所表現(xiàn)的特征。也表明硬鏈段相對(duì)集中，有由表可以看出：（）的耐水性很差，耐水性較好，體系的耐水性比有較大改善。因此選擇用聚丙烯酸酯改性水性聚氨酯是行之有效的手段。（）采用與機(jī)械共混，能使水性聚氨酯的耐水性得到一定程度的提高，是因?yàn)槎呷槟z粒聚結(jié)到一起時(shí)，分子鏈之間能夠形成氫健或者接枝促使二者乳膠粒分子鏈間有一鍵，提高了組分間的相容性，定程度的相互貫穿與纏結(jié)

9、，聚氨酯鏈在水分子作用時(shí)，一定程度受到聚丙烯酸酯分子鏈的牽制，因而其耐水性有較大提高。膠膜吸水率隨時(shí)間的變化特征從表膠膜的吸水率與浸水時(shí)間關(guān)系可以看到，的吸水率很快達(dá)到一個(gè)高峰，其后膠膜質(zhì)量減輕，嚴(yán)重溶脹，以致新型建筑材料曾小君，等：聚丙烯酸酯共混改性水性聚氨酯乳液性能研究序排列，硬鏈段與軟鏈段之間處于一定的微相分離狀態(tài)。（）的初始分解溫度要比水性高左右，使水性的耐熱性有了較大的提高，但僅比稍高。這可能是由于共混改性只是機(jī)械混合，種聚合物分子主鏈結(jié)構(gòu)并未改變。圖、及膠膜的曲線從圖中的曲線可以看出，只有個(gè)玻璃化溫度，說明丙烯酸酯等單體聚合而成的無規(guī)共聚物為單相結(jié)構(gòu)。由于在聚合過程中引發(fā)劑、緩沖劑

10、等的加入，因而在處出現(xiàn)了晶體熔融吸熱峰。從圖中的曲線可以看出，在間，存在一個(gè)明顯的大臺(tái)階，在大臺(tái)階上存在一個(gè)明顯的小臺(tái)階。這里存在的個(gè)臺(tái)階是材料中聚氨酯的軟鏈段和聚丙烯酸酯二者的玻璃化轉(zhuǎn)變。中小臺(tái)階明顯，表明中鏈軟段與聚丙烯酸酯分子鏈之間的共混程度低，相分離程度大，鏈中的軟段及聚丙烯酸酯分子鏈形成各自的相區(qū)明顯，表明了明顯的玻璃化轉(zhuǎn)變。這種情形的出現(xiàn)，是與的乳膠粒形成條件的不同有著重要的關(guān)系。在中，分子鏈硬段中極性基團(tuán)多，一般趨于分布于乳液的表層；存在分子鏈上能與鏈中硬段形成化學(xué)鍵的基團(tuán)也是一種極性基團(tuán)，趨于分布在乳膠粒表層。通過乳膠粒與乳膠粒之間的機(jī)械混合，與分子鏈的相互纏結(jié)與混合只能發(fā)生在

11、種乳膠粒的表層，這種共混方式能夠有利于鏈硬段與鏈化學(xué)鍵的形成，使鏈軟段與的共混程度非常有限，因此其發(fā)生的玻璃化轉(zhuǎn)變明顯。在間，曲線中雖然看不到明顯的臺(tái)階，但其曲線在這個(gè)溫度范圍內(nèi)一直往下走，說明這里的玻璃化轉(zhuǎn)變是存在的。這些分析充分說明中的聚氨酯鏈中軟鏈段、硬鏈段和聚丙烯酸酯鏈三者之間都保持著一定的相分離狀態(tài)。的曲線與、的曲線對(duì)比可以看出，共混物中聚氨酯與聚丙烯酸酯之間有一定的相容性。在間，的曲線中看不到吸熱峰，可以認(rèn)為硬段中這種有序結(jié)構(gòu)幾乎不存在。反映了分子鏈與分子鏈之間形成化學(xué)鍵，體系具有較好的相容性和具有很高的共混程度。與共混改性對(duì)水性熱穩(wěn)定性的影響、及膜的曲線如圖所示。、及膠膜的初始分

12、解溫度分別為、和。可見，的熱穩(wěn)定性比水性好；經(jīng)共混后，共混物示。圖、及膜的曲線與共混改性對(duì)水性機(jī)械性能的影響、及膠膜的機(jī)械性能的測(cè)試結(jié)果如表所表、及膠膜的機(jī)械性能斷裂伸長(zhǎng)率硬度（邵氏）項(xiàng)目拉伸強(qiáng)度從表可以看出，經(jīng)過共混改性后，膠膜的拉伸強(qiáng)度比大，而斷裂伸長(zhǎng)率大大降低，膠膜硬度提高。這可能是由于共混物中存在著與的相分離，這種相分離使膠膜的機(jī)械強(qiáng)度增大。結(jié)論（）通過將與水性機(jī)械共混，能一定程度提高水性膠膜的耐水性能和耐溶劑性能。且從共混體系乳液的平均粒徑測(cè)試結(jié)果看，乳液粒徑增大不顯著，表明具有明顯的機(jī)械混合特征。（）通過對(duì)、和膠膜的和分析表明：機(jī)械共混物體系中與鏈硬段具有較好的相容性和較高的共混程

13、度，但鏈軟段與分子鏈之間的共混程度較低。經(jīng)機(jī)械共混后，共混物（）的初始分解溫度要比水性高左右，使水性的耐熱性有了較大的提高。（）經(jīng)過機(jī)械共混改性后，膜的拉伸強(qiáng)度比水性膜的拉伸強(qiáng)度要大，而斷裂伸長(zhǎng)率大大降低，膠膜變硬。參考文獻(xiàn)：，（，）：劉治猛，哈成勇聚丙烯酸酯改性水性聚氨酯的制備高靳東杰，分子通報(bào)，（，）：全國(guó)中文核心期刊建筑垃圾及其利用的探討陶有生（中國(guó)建筑材料工業(yè)協(xié)會(huì)科教委，北京）摘要：介紹建筑垃圾的界定、種類及利用。建筑垃圾的利用不僅僅是個(gè)技術(shù)問題，還涉及到社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境問題，是個(gè)系統(tǒng)工程。為有效利用建筑垃圾，要解決建筑垃圾的搜集、堆存用地、利用以及政策扶持等問題。關(guān)鍵詞：建筑垃圾；利

14、用；問題中圖分類號(hào)：文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：文章編號(hào)：（）隨著城市改造的深入和社會(huì)主義新農(nóng)村建設(shè)的開展，建筑垃圾產(chǎn)生量逐漸增多，如何加以處理和利用已成為人們普遍關(guān)注的問題。建筑垃圾是可以進(jìn)行利用的固體廢棄物之一，不少科技工作者及企業(yè)近年來圍繞建筑垃圾的利用進(jìn)行了一定的探索和研究。建筑垃圾的利用正處在起步階段。建筑垃圾的種類建筑垃圾的種類與不同時(shí)期的建筑結(jié)構(gòu)及其要求、建筑材料生產(chǎn)供應(yīng)能力、經(jīng)濟(jì)發(fā)展程度及社會(huì)消費(fèi)水平等有關(guān)。不同時(shí)期建筑過程中及拆除后的廢棄物組成不同。我國(guó)建筑經(jīng)歷了個(gè)不同時(shí)期：（）年以前，農(nóng)村建筑以土坯、木排架、草屋面為主，少數(shù)用磚做墻、瓦做屋面，簡(jiǎn)單的木門窗。城鎮(zhèn)建筑以燒結(jié)黏土青磚、木排架、

15、燒結(jié)黏土青瓦為主，砌筑材料多半為石灰膏漿或石灰黃土泥漿。僅有少數(shù)大城市公共建筑及工業(yè)建筑用一些混凝土、鋼筋混凝土、水泥砂漿。（）年年，開展了大規(guī)模工業(yè)項(xiàng)目建設(shè)，改造、發(fā)展城市，以工廠建設(shè)為主。城鎮(zhèn)居住及辦公建筑受當(dāng)時(shí)經(jīng)濟(jì)水平及建筑生產(chǎn)水平所限，建筑多為多層混合結(jié)構(gòu)。該時(shí)期以燒結(jié)黏土磚和混凝土預(yù)制構(gòu)件組合的混合結(jié)構(gòu)為主；屋面由瓦轉(zhuǎn)為預(yù)制混凝土空心樓板，以瀝青油氈防水；門窗以木門窗為主轉(zhuǎn)為木門窗、鋼門窗并重；砌筑抹面以水泥砂漿、水泥石灰砂漿為主，在中小城鎮(zhèn)及農(nóng)村仍有不少使用石灰黃土泥漿。（）年年，改革開放后經(jīng)濟(jì)大發(fā)展，促進(jìn)了建筑業(yè)的大發(fā)展，建筑標(biāo)準(zhǔn)水平的大提升，市場(chǎng)需求、建筑結(jié)構(gòu)、建筑材料均產(chǎn)生了

16、質(zhì)的變化。除多層磚混結(jié)構(gòu)外，大量發(fā)展了全混凝土現(xiàn)澆框架剪力墻結(jié)構(gòu)、混凝土框架結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)等。建筑材料品種迅速增加，增加了各類鋼、鋁、銅等金屬材料及制品；、硅酮、聚硫、三元乙丙、氯乙烯、三聚氰胺、聚氨酯、聚碳酸酯制品、氟碳樹脂等有機(jī)高分子材料建筑垃圾的界定狹義界定建筑垃圾是舊建筑物及構(gòu)筑物拆除以后廢棄物部分。廣義界定建筑垃圾應(yīng)包括以下個(gè)部分：（）建筑物拆除下來的磚；（）舊建筑拆除后不能再使用的廢棄部分；（）建筑物建造施工過程中產(chǎn)生的廢棄物，如未用完的材料、落地砂漿、混凝土、有色金屬制品、鋼筋頭、塑料制品、小五金等；（）建筑物建造施工中，開挖基礎(chǔ)的基坑土、邊坡土或碎石等；（）家庭裝修過程中產(chǎn)生的各類廢料；（）道路翻修產(chǎn)生的廢料。在研究建筑垃圾利用時(shí)應(yīng)從廣義角度進(jìn)行，這樣才能比較全面而徹底地解決問題。收稿日期："""""""""""""""""""""&quo