聚丙烯酸酯共混改性 水性聚氨酯乳液性能研究

1、全国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，袁荣鑫，宁春花，周弟（常熟理工学院化学与材料工程系、江苏省新型功能材料重点建设实验室，江苏常熟）摘要：自制水性聚氨酯乳液，并采用共混方法制备聚丙烯酸酯改性水性聚氨酯乳液。研究了共混改性涂膜的结构和性能，结果表明，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显的提高。膜的耐热性有了较大的提高，拉伸强度比膜大，而膜变硬、断裂伸长率大大降低。经过机械共混改性后，关键词：水性聚氨酯；聚丙烯酸酯；共混；改性中图分类号：文献标识码：文章编号：（）：（），（），；：；环境友好材料是近年来世人所瞩目的新领域，由于其在生产

2、和使用过程中能明显减少环境污染及对生产者健康的危害，因而发展十分迅速。聚丙烯酸酯（）乳液和聚氨酯（）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。水性聚氨酯还以其优良的性能在建筑装饰等领域具有广阔的应用前景，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、柔韧性和耐磨性好、粘接强度大等优点，但也有耐高温性能不佳、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、耐候性和耐化学药品性，但存在着硬度大、脆性大、柔韧性差等缺点。因此和在性质上具有一定的互补作用，聚氨酯聚丙烯酸酯（）共混乳液能克服各自的缺点，发挥各自的优势，使乳液及胶膜

3、的性能得到明显的改善。基金项目：江苏省高校自然科学研究课题基金资助项目通过两者有机结合使材料的综合性能得到显著提高，已经成为研制第三代新型水性聚氨酯的重要途径。在实验中，我们把聚酯型阴离子水性聚氨酯（）与聚丙烯酸酯（）乳液进行机械共混，制得水性和的共混乳液，并对乳液及胶膜的性能进行了探讨，为聚丙烯酸酯改性水性聚氨酯乳液获得了重要的设计思路与理论依据。实验部分主要原料聚酯型阴离子水性聚氨酯乳液（）：固含量，自制；聚丙烯酸酯乳液（）：固含量，昆山开发区乾铼化工股份有限公司；、机械共混物（）：固含量，自制。性能测试方法胶膜的制备将、和乳液分别在聚四氟乙烯板上流延成膜，然后放入烘箱中，在下烘，制备厚度

4、约为的薄膜。吸水率的测试称取质量为的薄膜（×），在下浸没在去离子水中，经后取出用滤纸揩去表面水，称量，（）；江苏省高校高新技术产业发展研究课题；江苏省新型功能材料重点基金资助项目（）建设实验室开放研究课题基金资助项目（）收稿日期：作者简介：曾小君，男，年生，江西龙南人，硕士，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计算吸水率。乳液粒径的测试用英国公司的粒径分布仪测试平均粒径及粒径分布。分析用美国型差热分析仪对膜进行分析。测试温度范围，氮气气氛，流量，升温速率为。分析用瑞士仪器有限公司型热失重分析仪对膜进行分析。测试条件：升温范围为，升温速率为，氮气气氛，保持流

5、量为。拉伸强度和断裂伸长率测试用型机械式拉力试验机测试胶膜的拉伸强度和断裂伸长率，拉伸速度为。硬度测试用型橡胶硬度计按照测试薄膜的硬度。用裁刀裁取试样，将其平行重叠，使其厚度超过。手持橡胶硬度计，平压在试样上，直至硬度计底面与试样表面平稳地完全接触时起内，读出硬度计的读数，即试样的硬度值。这说明二者的无法称量，而吸水后其胶膜质量逐渐增大，吸水机理是不同的。对于水性聚氨酯树脂，首先是水分子的渗入与扩散，由于极性基团容易与水缔合，树脂分子链很快被水分子饱和，在水分子作用下，削弱树脂分子间的相互作用，分子间距离增大，导致树脂的溶胀和溶解；其次，聚氨酯结构中的氨基甲酸酯、脲基、酯基也能发生水解反应，促

6、使它们更易溶解。因此，吸水时，很快达到一个峰值，接着就渐渐溶胀和溶解，胶膜质量减轻。而主链上均为单键，很难被水水解，加之分子链极性小，故水渗入扩散的速度与程度都较小，也就很难将其溶胀，但随着水的渐渐渗入，渗入的水越来越多，胶膜质量逐渐增加。当然，直至较长的一段时间，它亦可受到水分子的严重破坏。与共混改性对水性耐溶剂性的影响表是水性和机械共混物的耐溶剂（室温，）实验结果。表项目水性和胶膜的耐溶剂试验结果耐溶剂性丙酮溶解溶胀溶解溶解甲苯溶解溶胀吸水率无水乙醇溶解溶胀水性严重溶胀部分溶解部分溶解结果与讨论由表可见，胶膜的耐溶剂性能明显优于水性，改性效果显著。这从某种程度上说明，由于、发挥了协同作用，

7、二者可以优势互补。乳液的平均粒径与机械共混对耐水性的影响表是、和等种胶膜在去离子水中浸泡不同时间的吸水率测试结果。表项目经测试，、及共混乳液的平均粒径分别为、。由于共混体系是机械混合，粒径增大不显著，具有明显的机械混合的特征。与共混改性对水性玻璃化温度的影响水性、和胶膜的吸水率浸水浸水无法称量浸水无法称量讨论和的曲线是探讨聚丙烯酸酯改性水性聚氨酯材料热行为特征的前提和基础。、及的曲线如图所示。从图中的曲线可以看出，有个玻璃化温度，低温是软段的玻璃化温度（），高温是硬段的玻璃化温度（）。这说明聚氨酯中硬段链与软段链存在微相分离状态。造成这种微相分离状态的原因除了软段、硬段各自的极性差异外，还由于

8、离子基团的引入而产生的库仑力作用，以及硬段中氢键的存在，都大大地推动其相分离的形成和促进硬段具有较高的玻璃化温度。同时还可以看到，在处有一面积较大的吸热峰，这是由于中因库仑力及氢键作用而形成的一种有序结构。该吸热峰就是这种有序结构向无序结构形态所表现的特征。也表明硬链段相对集中，有由表可以看出：（）的耐水性很差，耐水性较好，体系的耐水性比有较大改善。因此选择用聚丙烯酸酯改性水性聚氨酯是行之有效的手段。（）采用与机械共混，能使水性聚氨酯的耐水性得到一定程度的提高，是因为二者乳胶粒聚结到一起时，分子链之间能够形成氢健或者接枝促使二者乳胶粒分子链间有一键，提高了组分间的相容性，定程度的相互贯穿与缠结

9、，聚氨酯链在水分子作用时，一定程度受到聚丙烯酸酯分子链的牵制，因而其耐水性有较大提高。胶膜吸水率随时间的变化特征从表胶膜的吸水率与浸水时间关系可以看到，的吸水率很快达到一个高峰，其后胶膜质量减轻，严重溶胀，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，硬链段与软链段之间处于一定的微相分离状态。（）的初始分解温度要比水性高左右，使水性的耐热性有了较大的提高，但仅比稍高。这可能是由于共混改性只是机械混合，种聚合物分子主链结构并未改变。图、及胶膜的曲线从图中的曲线可以看出，只有个玻璃化温度，说明丙烯酸酯等单体聚合而成的无规共聚物为单相结构。由于在聚合过程中引发剂、缓冲剂

10、等的加入，因而在处出现了晶体熔融吸热峰。从图中的曲线可以看出，在间，存在一个明显的大台阶，在大台阶上存在一个明显的小台阶。这里存在的个台阶是材料中聚氨酯的软链段和聚丙烯酸酯二者的玻璃化转变。中小台阶明显，表明中链软段与聚丙烯酸酯分子链之间的共混程度低，相分离程度大，链中的软段及聚丙烯酸酯分子链形成各自的相区明显，表明了明显的玻璃化转变。这种情形的出现，是与的乳胶粒形成条件的不同有着重要的关系。在中，分子链硬段中极性基团多，一般趋于分布于乳液的表层；存在分子链上能与链中硬段形成化学键的基团也是一种极性基团，趋于分布在乳胶粒表层。通过乳胶粒与乳胶粒之间的机械混合，与分子链的相互缠结与混合只能发生在

11、种乳胶粒的表层，这种共混方式能够有利于链硬段与链化学键的形成，使链软段与的共混程度非常有限，因此其发生的玻璃化转变明显。在间，曲线中虽然看不到明显的台阶，但其曲线在这个温度范围内一直往下走，说明这里的玻璃化转变是存在的。这些分析充分说明中的聚氨酯链中软链段、硬链段和聚丙烯酸酯链三者之间都保持着一定的相分离状态。的曲线与、的曲线对比可以看出，共混物中聚氨酯与聚丙烯酸酯之间有一定的相容性。在间，的曲线中看不到吸热峰，可以认为硬段中这种有序结构几乎不存在。反映了分子链与分子链之间形成化学键，体系具有较好的相容性和具有很高的共混程度。与共混改性对水性热稳定性的影响、及膜的曲线如图所示。、及胶膜的初始分

12、解温度分别为、和。可见，的热稳定性比水性好；经共混后，共混物示。图、及膜的曲线与共混改性对水性机械性能的影响、及胶膜的机械性能的测试结果如表所表、及胶膜的机械性能断裂伸长率硬度（邵氏）项目拉伸强度从表可以看出，经过共混改性后，胶膜的拉伸强度比大，而断裂伸长率大大降低，胶膜硬度提高。这可能是由于共混物中存在着与的相分离，这种相分离使胶膜的机械强度增大。结论（）通过将与水性机械共混，能一定程度提高水性胶膜的耐水性能和耐溶剂性能。且从共混体系乳液的平均粒径测试结果看，乳液粒径增大不显著，表明具有明显的机械混合特征。（）通过对、和胶膜的和分析表明：机械共混物体系中与链硬段具有较好的相容性和较高的共混程

13、度，但链软段与分子链之间的共混程度较低。经机械共混后，共混物（）的初始分解温度要比水性高左右，使水性的耐热性有了较大的提高。（）经过机械共混改性后，膜的拉伸强度比水性膜的拉伸强度要大，而断裂伸长率大大降低，胶膜变硬。参考文献：，（，）：刘治猛，哈成勇聚丙烯酸酯改性水性聚氨酯的制备高靳东杰，分子通报，（，）：全国中文核心期刊建筑垃圾及其利用的探讨陶有生（中国建筑材料工业协会科教委，北京）摘要：介绍建筑垃圾的界定、种类及利用。建筑垃圾的利用不仅仅是个技术问题，还涉及到社会、经济、环境问题，是个系统工程。为有效利用建筑垃圾，要解决建筑垃圾的搜集、堆存用地、利用以及政策扶持等问题。关键词：建筑垃圾；利

14、用；问题中图分类号：文献标识码：文章编号：（）随着城市改造的深入和社会主义新农村建设的开展，建筑垃圾产生量逐渐增多，如何加以处理和利用已成为人们普遍关注的问题。建筑垃圾是可以进行利用的固体废弃物之一，不少科技工作者及企业近年来围绕建筑垃圾的利用进行了一定的探索和研究。建筑垃圾的利用正处在起步阶段。建筑垃圾的种类建筑垃圾的种类与不同时期的建筑结构及其要求、建筑材料生产供应能力、经济发展程度及社会消费水平等有关。不同时期建筑过程中及拆除后的废弃物组成不同。我国建筑经历了个不同时期：（）年以前，农村建筑以土坯、木排架、草屋面为主，少数用砖做墙、瓦做屋面，简单的木门窗。城镇建筑以烧结黏土青砖、木排架、

15、烧结黏土青瓦为主，砌筑材料多半为石灰膏浆或石灰黄土泥浆。仅有少数大城市公共建筑及工业建筑用一些混凝土、钢筋混凝土、水泥砂浆。（）年年，开展了大规模工业项目建设，改造、发展城市，以工厂建设为主。城镇居住及办公建筑受当时经济水平及建筑生产水平所限，建筑多为多层混合结构。该时期以烧结黏土砖和混凝土预制构件组合的混合结构为主；屋面由瓦转为预制混凝土空心楼板，以沥青油毡防水；门窗以木门窗为主转为木门窗、钢门窗并重；砌筑抹面以水泥砂浆、水泥石灰砂浆为主，在中小城镇及农村仍有不少使用石灰黄土泥浆。（）年年，改革开放后经济大发展，促进了建筑业的大发展，建筑标准水平的大提升，市场需求、建筑结构、建筑材料均产生了

16、质的变化。除多层砖混结构外，大量发展了全混凝土现浇框架剪力墙结构、混凝土框架结构、钢结构等。建筑材料品种迅速增加，增加了各类钢、铝、铜等金属材料及制品；、硅酮、聚硫、三元乙丙、氯乙烯、三聚氰胺、聚氨酯、聚碳酸酯制品、氟碳树脂等有机高分子材料建筑垃圾的界定狭义界定建筑垃圾是旧建筑物及构筑物拆除以后废弃物部分。广义界定建筑垃圾应包括以下个部分：（）建筑物拆除下来的砖；（）旧建筑拆除后不能再使用的废弃部分；（）建筑物建造施工过程中产生的废弃物，如未用完的材料、落地砂浆、混凝土、有色金属制品、钢筋头、塑料制品、小五金等；（）建筑物建造施工中，开挖基础的基坑土、边坡土或碎石等；（）家庭装修过程中产生的各类废料；（）道路翻修产生的废料。在研究建筑垃圾利用时应从广义角度进行，这样才能比较全面而彻底地解决问题。收稿日期："""""""""""""""""""""&quo