有機硅改性水性聚氨酯

有機硅改性水性聚氨酯-聚丙烯酸酯乳液的爭論李偉，胡劍青,涂偉萍(華南理工高?；づc能源學院，廣州510640)摘要:以聚酯多元醇、異佛爾酮二異氨酸酯、甲基丙烯酸甲酯等為原料,合成了水性聚氨酯丙烯酸乳液，加入含側氨基和不飽和雙鍵的有機硅氧烷進行擴鏈改性得到了一系列有機硅改性的聚氨酯丙烯酸乳液。對得到的產物進行了表征,對改性前后的體系涂膜的性能進行了比較，結果表明，用有機硅改性的聚氨酯丙烯酸乳液形成的涂膜接觸角更大、附著力更強、具有更好的耐水性，但硬度稍有下降。關鍵詞:水性聚氨酯;有機硅力妾觸角;耐水性;柔韌性0引言水性聚氨酯(WPU)途料有良好的物理機械性能和優(yōu)良的耐寒性。但是單一的PU乳液存在自增稠差、固含量低、耐水性差、機械強度不如丙烯酸樹脂等缺點，且成本較高。而聚丙烯酸酯(PA)乳液在性能上能與聚氨酯乳液形成互補，所以將聚氨酯乳液和聚丙烯酸乳液復合制備水性聚氨酯-丙烯酸酯(PUA)乳液，兼有聚氨酯和聚丙烯酸酯乳液的優(yōu)點,有很好的應用前景。有機硅樹脂表面能低，耐水性、耐候性以及透氣性優(yōu)良，已經廣泛用于聚氨酯改性，采納合適化學方法用有機硅對水性聚氨酯-聚丙熔酸酯進行改性，可以得到有良好耐水性以及力學性能的涂膜。本文在聚氨酯鏈段上引入了幾種有機硅氧烷,對得到的產物進行了表征及性能對比,制得了具有優(yōu)良耐水性及力學性能的聚氨酯-聚丙烯酸酯乳液［1-2］。1試驗異佛爾酮二異氨酸酯(IPDI)、己內酯二元醇(PCL)(/l布=2000):工業(yè)品，掛耳公司;1,4-丁二醇(BDO):化學純，上海凌峰化學試劑公司;二羥甲基丙酸(DMPA):工業(yè)品，進口;三羥甲基丙烷(TMP):試劑級，上海試劑一廠;M甲基叱咯烷酮(NMP)、三乙胺(TEA)、乙二胺(EDA)、丙酮:分析純，湖北高?；S;有機硅Z-6011.有機硅Z-6020、有機硅Z-6032:道康寧公司。合成工藝PU乳液的合成將聚酯多元醇進行脫水處理后加入到裝有攪拌器、冷凝管、溫度計的四口燒瓶中，水浴升溫到75?80℃后加入IPDI,開動攪拌反應1.5?2h后加入L4-丁二醵80℃反應1?1.5h,然后降溫到70℃加入二羥甲基丙酸(溶于NMP中)和三羥甲基丙烷，反應2?3h,期間留意用丙酮調整黏度，后降溫至50℃以下，加入有機硅后再加三乙胺中和15?20min,出料，在高速剪切下于去離子水中乳化分散，加入乙二胺擴鏈。減壓脫去溶劑，最終得到半透亮 的帶藍光的PU乳液。122PUA乳液的合成將PU乳液、乳化劑、水混合后置于四口燒瓶中,攪拌加入含有引發(fā)劑AIBN的BA溶液，預乳化一段時間于80℃聚合3h,再升溫至90℃反應lh,降至室溫，出料彳導到PUA乳液。乳液的成膜性能測試Q)耐水性測試⑶取適量的乳液涂在聚四氟乙烯板上，室溫干燥7d成膜，將膜剪成2cmx2cm的小塊,稱質量(m0),然后在水中浸泡肯定時間，取出后吸干表面上的液體，稱質量(61)。計算膜的吸水率：吸水率=(z771-/nO)//nOx100%用上海中晨數(shù)字技術設施有限公司JC2000C1型靜滴接觸角測量儀測量接觸角；(2)硬度測試:依據GB/T1730—1993,使用QYB型漆膜擺桿硬度計測量；⑶附著力測試:依據GB1720—1979(1989)測量；(4)柔韌性測試:依據GB/T1731—1993測量；⑸乳液穩(wěn)定性測試:將乳液放入90V烘箱中5h,然后立即放進0℃冰箱中5h,如此反復10次，觀看是否有沉淀產生；(6)乳液黏度測試:使用Brookfield公司DV-II+型旋轉黏度計，選擇2號轉子，轉速為80r/min;⑺紅外光譜測試:使用BRUKER公司VECTOR33型傅里葉變換紅外光譜儀。2結果與爭論產物的紅外光譜分析本試驗中使用了Z-6011.Z-6020.Z-60323種有機硅氧烷對聚氨酯-聚丙烯酸酯體系進行改性,這3種硅氧烷的結構如式10圖1Z-6032改性涂膜的ATR譜圖從圖1可以看到,3378cm-l歸屬一OH伸展振動;NHCO的順式NH伸展振動，在2949cm-l和2865cm-l分別是一CH2一和一CH3的伸展振動峰;而在2240?2280cm-l沒有消失強的汲取峰，可以認為一NCO基團反應完全了;1725cm-1則歸屬酯基和酰胺基中CO伸縮振動汲取峰;1520cm-l則是酰胺鍵中N—H變形振動;在1064cm-l有一個明顯的峰消失，是Si—0—CH3的伸縮振動峰，說明主鏈中有硅氧烷鏈段;而在1820cm-l.995cm-l以及915cm-l這三個位置并沒有汲取峰的消失，由此可以推斷Z-6032末端的乙烯基發(fā)生了反應，也就是說Z-6032已經接枝到聚丙焙酸酯體系中。有機硅改性乳液的基本性能PUA-0為未經有機硅氧烷改性得到的乳液,PUA-1、PUA-2、PUA-3分別為使用有機硅氧烷Z-6011.Z-6020.Z-6032改性得到的乳液。其基本性能見表L表1乳液的基本性能樣品黏度/(mPa-s)穩(wěn)定性HJA-08Q0很少量沉淀，無分層RJA?1745很少量沉淀，無分層RJA-28S6很少量沉淀,無分層FUA-38&3少量沉淀，無分層點擊此處查看全部新聞圖片從表2中可以看出，有機硅氧烷改性的體系，其涂膜與水的接觸角較大，有機硅分子嵌在聚氨酯-聚丙烯酸酯主鏈中，硅原子向表面遷移并富集在表面，由于硅氧鏈段有很強的疏水性，水與改性的涂膜表面的接觸角要比未經改性的涂膜大得多。而用三種有機硅氧烷改性得到的體系與水的接觸角又各有不同，其中Z-6011接觸角最大,由于其分子是單側氨基結構，硅氧鏈段在樹脂主鏈中呈現(xiàn)出懸浮狀，其硅原子更易遷移到涂膜表面。所以呈現(xiàn)出優(yōu)良的表面耐水性能［6-7］。.2有機硅氧烷對涂膜力學性能的影響表3為改性前后涂膜的力學性能。表3漆膜的力學性能樣品擺桿硬度附著力級柔韌性/minPUA?007821.5PUA-10.7411PUA-2Q7211PUA-3Q7311從表3可以看出,經過改性的涂膜附著力及柔韌性都有肯定的提高，硬度稍稍有點降低。有機硅氧烷

是能同時與極性物質和非極性物質產生肯定結合力的化合物，其特點是分子中同時具有極性和非極性

部分?？捎猛ㄊ奖硎緸檠?CH2)nSiX3,其中丫表示烷基、苯基以及乙嫡基、環(huán)氧基、氨基、筑基等有機

官能團，其中氨基與聚氨酯-聚丙烯酸樹脂中的一NCO發(fā)生化學結合;X表示甲氧基、乙氧基，這些基團

易水解成硅醇而與無機物質(玻璃、硅石、金屬、粘土等)表面的氧化物或羥基反應,生成穩(wěn)定的硅氧鍵。

因此，通過使用有機硅氧烷,可在無機物質和有機物質的界面之間架起"分子橋：把兩種性質完全不同

的材料連接在一起，有效地改善聚氨酯-聚丙烯酸酯的附著力。同時,由于