水性聚氨酯共混改性研究进展

发布时间:2021-2-3

尽管水性聚氨酯具有良好的环境优势,但为了使PU预聚体易于在水乳化,水性聚氨酯分子链中含有亲水基团,如羧基、羟基等。而且,为了在水相中具有良好的分散稳定性,水性聚氨酯的交联密度较低。这些因素导致水性聚氨酯的固含量不高,附着力差,耐水性、拉伸性能、热稳定性等性能都低于传统的溶剂型PU,很大程度上限制了水性聚氨酯的推广与进一应用。所以,对水性聚氨酯进行改性是提高水性聚氨酯各项性能并扩大其应用范围的一种必不可少的措施。目前,改性水性聚氨酯的常见的方法有共混改性、交联改性和共聚改性。

一、共混改性

共混改性也叫物理改性,是将合成好的水性聚氨酯乳液与不同的纳米颗粒、树脂材料等通过不同的配比进行高强度的机械搅拌混合在一起的一种改性方式,将新加入组份的优良特性与水性聚氨酯的优势结合在一起,来提高混合材料的力学性能、硬度、耐水性、疏水性和粘结强度等。

采用丙酮法先合成了水性聚氨酯乳液,再将含量为0~50wt%的胶态SiO2加入到水性聚氨酯乳液中,通过剧烈搅拌得到一系列WPU/SiO2混合材料。研究结果显示,改性后的水性聚氨酯混合薄膜具 有良好的热稳定性、硬度和力学性能SiO2的使用量低于20wt%时,随着SiO2含量的增加,薄膜的透明度降低;当SiO2的含量超过20wt%时,薄膜的透明度增加。通过适当调整SiO2的使用量,混合薄膜在微透镜喷墨打印材料方面具有良好的应用前景。

水性聚氨酯

先用聚二甲基硅氧烷(PDMS)充当唯一的软段合成了水性聚氨酯(简称为P),然后将P与不同类型的水性聚氨酯混合在一起,并研究了少量P对混合水性聚氨酯乳液性质、膜的表面结构和性能的影响。研究表明,混合后疏水的PDMS会迁移到膜的表面,因此改性后的水性聚氨酯的水接触角变大,疏水性得到了提高。XRD结果表明,将P与WPU乳液混合可以改变水性聚氨酯乳液的结晶性能,因此,在某些特殊性能的水性聚氨酯中掺杂少量的P,混合膜的热稳定性和力学性能明显增强。此外,还比较了物理混合和混合软段共聚法制备的膜的表面结构和热性能。结果表明,在物理共混法中PDMS比共聚法更易迁移到膜表面,在水性聚氨酯中加入少量P后,混合膜的玻璃化温度和熔融温度显著升高。

将正硅酸乙酯(TEOS)直接添加到氨基封端的PU树脂中制备WPU/SiO2混合材料。在水性聚氨酯乳液中TEOS水解缩合形成三维空间SiO2交联结构,SiO2表面上的羟基与水性聚氨酯的硬段产生氢键作用,形成互嵌网络结构。实验结果表明,随着TEOS含量的逐渐增加,水性聚氨酯混合膜的力学性能、热稳定性和表面疏水性能都优于未改性的水性聚氨酯

3wt%的TEOS逐滴加入到水性聚氨酯乳液中,通过溶胶-凝胶法合成了WPU/SiO2混合材料。其研究结果表明,加入的TEOS经水解缩合形成SiO2的空间网络交联结构能够限制水分子渗入到PU膜中,有助于提高膜的耐水性。而且交联网络结构也会限制PU分子链的热运动,对PU膜的热稳定性有明显的改善效果。但是与未加入TEOS的水性聚氨酯相比,加入TEOS的水性聚氨酯膜的力学性能和耐溶剂性却有所降低,这是由于SiO2网络结构的存在,阻碍了分子链的正常排列。

水性聚氨酯

先对气相SiO2和硅溶胶中的纳米SiO2表面进行化学接枝改性,然后将改性后的纳米SiO2粒子添加到合成好的水性聚氨酯乳液中,制备了一系列不同含量纳米SiO2共混改性的水性聚氨酯产品。研究结果表明,纳米SiO2的加入改善了PU薄膜的耐水性、硬度、耐候性和热稳定性等,改性后的气相SiO2在水性聚氨酯中的分散效果良好。共混改性中,纳米SiO2颗粒容易发生团聚,影响最终产品的稳定性。

将丙酮稀释过的环氧树脂E-51加入到水性聚氨酯乳液中,高速分散使其混合均匀。研究结果发现,随着E-51用量的增加,混合材料的平均粒径、表面张力和黏度均逐渐增大,涂膜的耐水性、耐溶剂性和拉伸强度也得到了明显改善。但是,断裂伸长率却随着环氧树脂用量的增加而降低。

共混改性成本低、易操作、配方比例调节方便,可以随配随用。但是在共混改性中,改性颗粒与PU之间的相互作用较弱,没有形成实质性的化学键,相分离程度较高。而且,通过共混法得到的混合体系中纳米粒子易发生团聚现象,产品均一性不好,很难得到高性能的水性聚氨酯产品。

本文标签: 水性聚氨酯 

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