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期刊专利论文

UV光固化水性聚氨酯丙烯酸酯膜的制备及性能研究

来源:互联网2021年10月20日

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UV光固化水性聚氨酯丙烯酸酯膜的制备及性能研究

徐丽丽   刘岩    雪蒙    辛斌杰

(1.上海工程技术大学化学化工学院
上海201620
2.上海工程技术大学服装学院,上海201620)

来源:中国胶粘剂 2021年4月 第30卷 第4期

摘要

以异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、聚己内酯二醇(PCL)、季戊四醇三烯丙基醚(PEAE)、二羟甲基丙酸(DMPA)为主要原料合成水性聚氨酯丙烯酸酯(WPUA),讨论了DMPA和PCL不同物质的量之比和不同异氰酸根指数(R值)对水性聚氨酯丙烯酸酯膜性能的影响。通过差示扫描量热分析、热重分析、吸水率以及拉伸强度等对WPUA固化膜进行表征,分析了不同亲水基团含量和不同软硬段比例对固化膜性能的影响。研究结果表明:硬段含量不变的情况下,n(DMPA)/n(PCL)=0.7时,WPUA固化膜的综合性能较佳;固定n(DMPA)/n(PCL)=0.7的条件下,随着R值的增大,WPUA固化膜的吸水率、拉伸性能、玻璃化转变温度及热分解温度均呈现先下降后上升趋势;当R值为1.5时,膜的综合性能较佳。

 

关键词

水性聚氨酯丙烯酸酯   制备   性能研究

引言

水性聚氨酯具有低挥发性有机物(VOC)排放、不易燃等优点的同时,兼备传统溶剂型聚氨酯的一些优良性能,如柔韧性、耐低温性、耐磨擦性等。以水为溶剂大大降低了涂料的成本且符合环保要求,因此水性涂料迅速进入市场,在胶粘剂、皮革等领域被广泛应用。通过紫外光固化不仅能加快固化速度而且节约能源,因此紫外光固化水性聚氨酯早已成为研究的热点。经丙烯酸改性的水性聚氨酯,利用丙烯酸单体中的双键,通过紫外光照射催化断键而固化成膜,得到的涂膜在耐化学品性能、耐污性和颜填料润湿分散性等方面得到较大的改善。

1 实验

1.1试验原料
    聚己内酯二醇(PCL),工业级,鱼台县海纳环保科技有限公司;二羟甲基丙酸(DMPA)、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、2-羟基-2-甲基苯丙酮,工业级,上海迈瑞尔化学技术有限公司;季戊四醇三烯丙基醚(PEAE),工业级,西格玛奥德里奇(上海)贸易有限公司;三乙胺(TEA),工业级,上海展云化工有限公司;乙二胺(EDA),分析纯,上海泰坦科技股份有限公司;二月桂酸二丁基锡(DBTDL),分析纯,上海凌锋化学试剂有限公司。

1.2试验仪器
   DSC4000型差示扫描量热分析仪(DSC)、TGA4000型热重分析仪(TG),珀金埃尔默仪器(上海)有限公司;XS(08)F2型电子织物强力仪,上海旭赛仪器有限公司;AL104型电子天平,梅特勒-托利多仪器(上海)有限公司;D2-PHASER型X射线衍射仪(XRD),德国布鲁克仪器公司。

1.3试验制备
1.3.1WPUA乳液的制备

    将适量脱水干燥后的PCL、DMPA加入到三口烧瓶中,依次加入IPDI、微量催化剂DBTDL及丙酮,在氮气氛围下65℃反应2h至—NCO含量达到理论值;加入计量的PEAE和适量的丙酮后,在75~80℃下反应0.5h得预聚体;将预聚体逐滴滴入去离子水中,60℃下加EDA进行扩链;旋蒸除去丙酮,得高官能度的WPUA乳液。

1.3.2WPUA固化膜的制备
    将适当比例的光引发剂(2-羟基-2-甲基苯丙酮)加入到制备WPUA乳液中,利用涂膜涂布器将WPUA乳液在石英片或硅胶板或聚四氟乙烯模具表面涂膜,膜厚30~100μm;在20~50℃下烘干,并以履带式UV固化机对薄膜进行UV辐射,紫外灯为高压汞灯,功率为3kW,灯管高度为15~20cm,照射时间为30~120s。当手指以一定的压力触摸薄膜表面而不黏手指且触感较硬时,可认为已经完全固化。

1.4测定或表征
(1)热性能:采用差示扫描量热(DSC)法进行测定(扫描范围为-60~300℃,升温速率为10℃/min,进量样约5mg)。

(2)热重分析:采用热重分析(TG)法进行测定(温度范围为室温至700℃,升温速率为10℃/min)。
(3)拉伸强度:根据织物拉伸—条样法进行测定(测试条件是室温25℃,夹距30mm,拉伸速度100mm/min)。

(4)吸水率:选取尺寸为10mm×10mm的正方形WPUA膜进行测试。
(5)结晶度:采用X射线衍射仪对膜样品进行结晶度测试(管压为40kV,管流为100mA,步长为2θ=0.02º,2θ值范围为0°~80°)。

2   结果与讨论

2.1DMPA和PCL的物质的量之比对WPUA膜的影响
2.1.1WPUA膜的DSC性能表征

    不同DMPA和PCL物质的量之比制得的WPUA膜的DSC性能,如图1所示。
    由图1可知:曲线的走势基本相同,当DMPA含量较少时,分子链中硬段有序排列占比比其他物质的量占比大,软段可能有极少的结晶,熔限温度较高。这是因为在软硬段比例不变的情况下,改变DMPA的量,就改变了原来聚氨酯分子有序的堆砌在一起的分子结构,结晶度比较小。当DMPA的量继续增加后,聚合物的峰值又开始下降比较明显,可能是当DMPA的量较多时,增加了分子链的凝胶性,从而增加了分子链的柔性和硬段的有序排列,熔融焓值增加所致。

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