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互穿网络防腐型单组份水性丙烯酸聚氨酯

互穿网络防腐型单组份水性丙烯酸聚氨酯 的合成研究 摘要 通过分子设计制备互穿网络防腐型水性丙烯酸聚氨酯树酯,大大提高了其树酯的耐水性、耐溶剂性及其它性能。讨论了其网络交联反应机理及各种交联剂对合成的影响。 关键词 分子设计;单组份互穿网络防腐型;水性丙烯酸聚氨酯;交联剂。 前言 现常用的水性丙烯酸聚氨酯树酯多为一种线性结构的聚合物,且为了获得良好的水分散性,在制备过程中,往往使用强亲水性化合物;所以,其聚合物耐水性差,耐溶剂性及化学品性能也差,不能作为防腐型材料应用。采用分子设计,制备既具环保型,又具防腐功能,且为单组份的丙烯酸聚氨酯无疑成为防腐涂料行业的研究热点,其产品具有广阔的应用市场。 1.互穿网络交联方法和机理 互穿网络交联穿插方法可以分为两大类:一类为分子内交联,分子间相互作用,形成穿插式反应,立体网络结构;另一类为外加交联剂交联,形成“缠绕式”反应;这一类反应一般为双组份体系,存在着应用时不方便问题。因此,分子内交联法成为了研究者们的热点课题。其研究方法有:聚氨酯分子内交联法、聚丙烯酸酯内交联法、反应分子的接枝交联法,反应分子中羧基与环氧基交联法,引入有机硅偶联基团的分子交联法以及引入酮羰基与酰肼交联等。通过分子设计,将这些方法的综合应用,是制备防腐型互穿网络丙烯酸聚氨酯树酯的有效途径。 1.1 聚氨酯(PU)分子内交联法 PU合成中引入三官能度的羟基组分、如三羟甲基丙烷(TMP)、丙三醇、1,2,6-己三醇等,实现分子内的部分交联,这在单、双组分溶剂型PU制品中已有广泛应用。事实证明,交联剂的引入对提高制品性能效果显著。在丙烯酸改性聚氨酯分散体制备中,也可在PU合成阶段加入适当的三官能度羟基化合物使分子早期局部预交联。 1.2 聚丙烯酸酯(PA)分子内交联法 PA制备中引入多双健单体,可以使PA分子发生支化,进而提高交联密度。常用的多双键化合物有乙二醇二(甲基)丙烯酸酯(EGDA),二乙二醇二(甲基)丙烯酸酯(DEGDA)、三羟甲基丙烷三(甲基)丙烯酸酯(TMPTA)等。 1.3 PU-PA接枝共聚交联法 PU制备过程中加入含双键的羟基化合物,使之能与丙烯酯共聚,从而产生PU-PA接枝共聚交联。 1.4 羧基与环氧的交联反应 PU水分散体制备中加入的二羟甲基丙酸使得分子中有大量的游离羧基,这就导致形成的涂膜耐水性差。消除分子中大量的羧基是解决产品耐水性不良的关键。合成时添加环氧单体,如甲基丙烯缩水甘油酯(GMA),可增加PA和PU的连接,随着成膜过程中水分的挥发,环氧与羧基发生反应,使得耐水和耐溶性都得到提高。其反应式为: R-CH-CH2+HOOC-R R-CH- CH2-OOC-R O OH 1.5 引入有机硅偶联(SCA)基团的交联法 SCA的通式为Y(CH2)nsix3;式中X为可水解基团,通常为氯、烷氧基等;Y为有机官能基团,一般为乙烯基、氨基、环氧基、巯基、脲基等,引入SCA后,可与PU、PA进行分子间共聚交联。 1.6 酮羰基与酰肼的反应 利用双丙酮丙烯酰胺(DAAM)和己二酸二酰肼(ADH)在弱酸或弱碱催化条件下能发生酮羰基和肼的脱水反应这一性质,在制备分散体时,使双丙酮丙烯酰胺与其他烯类单体聚合成大分子,成膜时随着水分的释出进一步与己二酸二酰肼发生化学反应而交联,可以提高膜的耐水性和耐溶剂性。类似于双丙酮丙烯酰胺的还有(甲基)丙烯酸乙酰乙酰氧基乙酯,与己二酸二酰肼相似的有草酸二酰肼、丁二酸二酰肼等。 2.实验研究 2.1 实验用原料 甲苯二异氰酸酯(TDI)、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、聚酯二醇、二羟甲基丙酸(DMPA)、甲基丙烯酸甲酯(MMA)、丙烯酸丁酯(BA)、三乙胺(TEA)、甲基丙烯酸羟乙酯(HEMA)。双丙酮丙烯酰胺(DAAM)、己二酸二酰肼(ADH)、甲基丙烯缩水甘油酯(GMA)、二乙二醇二(甲基)丙烯酸酯(DEGDA)、丙烯酰氧基三甲氧基硅烷(KH570)、乙二胺、引发剂、催化剂、还原剂、溶剂、蒸馏水。 2.2 合成实验 在装有回流管的三口瓶中加入聚酯二醇、TMP、DMPA等,经脱水后与TDI或IPDI反应,加适量溶剂调节黏度。75~82℃下反应3h以上,至NCO达到规定值。反应过程中,可适当加入催化剂,待反应达到要求后降温,以TEA中和,并在搅拌下加入蒸馏水,以乙二胺扩链,得到半透明的PU分散体。PU分散体加入已有引发剂的丙烯酸、硅烷混合单体中,升温并滴加还原剂,至75℃左右开始聚合,温度控制在95℃以下聚合至基本无游离单体,然后调PH为7~9,过滤得PUA分散体。 3.实验结果与讨论 3.1 表1所得PUA产品的物性指标 项目 检测结果 引用标准 外观 乳白、半透明液体 目测 粘度(mpa

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