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水性聚氨酯-丙烯酸酯复合乳液的合成研究

以甲苯二异氰酸酯、聚酯多元醇、二羟甲基丙酸、甲基丙烯酸羟乙酯为主要

原料制得含C=C双键的水性聚氨酯预聚体，然后加入引发剂和甲基丙烯酸甲酯，

经乳液聚合得到聚氨酯一丙烯酸酯(PUA)乳液。讨论了DMPA及MMA用量等对

PUA乳液性能的影响。用FT～IR等方法对制备的PUA乳液结构及有关性能进

行了分析和表征。结果表明，当总体n(--NCO)：n(--OH)=1．2、DMPA用量为5％、

MMA用量为20％时，合成的PUA复合乳液具有较好的贮存稳定性。与改性前

的PU乳液相比，PUA涂膜的耐碱性、耐水性、耐溶剂性和力学性能都明显提高。

环境友好材料是近年来世人瞩目的新领域，发展十分迅速。聚丙烯酸酯(PA)

乳液和聚氨酯(PU)乳液与溶剂型产品相比，具有价廉、安全、不燃、无毒、不污

染环境等优点。水性PU还以优良的性能在涂料、胶粘剂、织物整理剂等领域具

有极其重大的潜在应用前景，目前已经成为聚氨酯化学发展最活跃和最有发展前

途的分支之一。水性聚氨酯具有耐低温、柔韧性好、耐磨性好、粘接强度高等优

点，但也存在耐高温性能不佳、耐水性差、膜保光性差等缺点；而聚丙烯酸酯乳

液具有较好的耐水性、耐候性和物理机械性能，但存在硬度高、柔韧性差、耐溶

剂性差等缺点。因此，PU和PA在性质上具有一定的互补作用，聚氨酯一聚丙

烯酸酯(PUA)共聚乳液能克服各自的缺点，发挥各自的优势，使乳液及涂膜的性

能得到明显的改善。通过两者有机结合使材料的综合性能得到显著提高，已经成

为研制新型水性聚氨酯的重要途径。

本文研究以甲基丙烯酸羟乙酯为封端剂，采用乳液聚合法合成稳定性良好，综合

性能优异的水性聚氨酯一丙烯酸酯(PUA)复合乳液。与改性前的PU乳液相比，

PUA涂膜耐碱性、耐水性、耐溶剂性和力学性能都明显提高。为聚丙烯酸树酯

改性水性聚氨酯乳液的研发获得了重要的设计思路与理论依据。

1实验部分

1．1主要原料

甲苯一2，4一二异氰酸酯(TDI)，工业品，日本进口；聚酯多元醇0W2503)，

工业品，分子量2000，羟值为56．82mgKOH／g，无锡市新鑫聚氨酯有限公司；

二羟甲基丙酸(DMPA)，工业品，Perst0D公司产品；l，4一丁二醇(BDO)，上海

凌峰化学试剂有限公司；甲基丙烯酸羟乙酯(HEMA)，日本进口；甲基丙烯酸甲

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酯(MMA)，上海凌峰化学试剂有限公司；偶氮二异丁腈(AIBN)，广州化学试剂

厂；N，N一二甲基甲酰胺(DMF)，工业品，江苏强盛化工有限公司；三乙胺(TEA)、

二丁基二月桂酸锡(DBTDL)和丙酮等试剂均为分析纯，中国医药(集团)上海化学

试剂公司。

1．2水性聚氨酯一丙烯酸酯复合乳液(PUA)的合成

将Jw2503在90~95℃、真空度为0．09MPa的条件下脱水2．5h备用。N保

护下，在装有电动搅拌器、温度计、回流冷凝管和通氮导管的四口烧瓶中加入经

脱水的Jw2503、TDI和催化剂，同时加入溶剂，水浴加热，升温至62℃，并保

持在此温度反应50min，然后加入BDO、DMPA的DMF溶液，继续升温至82℃，

保持在此温度下反应1．5h后，降温至62℃，再加入封端剂HEMA反应1h后，

加入丙酮稀释预聚物，加入TEA中和，随后再加入一定量溶有AIBN的MMA，

混合均匀后，加入一定体积的去离子水，在高速剪切下加水乳化，