氨乙烯基丙二酸二乙酯

乙烯基单体改性水性聚氨酯的研究关键字:乙烯,单体,聚氨酯,研究 0引言 聚氨酯具有突出的力学性能,但水性聚氨酯的耐水性、耐化学品性等性能有待提高,而乙烯基树脂具有较好的耐水性、耐化学品性等,因此,聚氨酯和乙烯基树脂两者的有机结合,可使材料的力学性能有显著提高。本文采用种子聚合的方法,用甲基丙烯酸甲酯和苯乙烯对聚氨酯进行共混接枝改性,并用红外光谱分析了聚氨酯及改性聚氨酯中的微相分离和氢键,揭示结构与性能的关系。 1实验部分 1.1原料 甲苯二异氰酸酯(TDI):上海化学试剂厂 聚醚多元醇(PPG):上海高桥石化三厂 二羟甲基丙酸(DMPA):国产 三乙胺(TEA):广州化学试剂厂 乙二胺(EDA):广州化学试剂厂 苯乙烯(St):广州化学试剂厂 N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP):Nacalal.TesqueInc 甲基丙烯酸甲酯(MMA):广州化学试剂厂。 1.2水溶性聚氨酯树脂(PUR)分散体的合成 将聚醚多元醇装入配有温度计、搅拌器的250mL三口烧瓶中,在120℃,660Pa真空下脱气脱水2h。通入氮气并加入计量好的甲苯二异氰酸酯于65℃左右反应1.5h左右,用正丁胺滴定法判断反应终点。加入溶有适量DMPA的NMP反应1.5h左右。降温至40℃,加入TEA和适量NMP溶剂,反应40min。降温并向体系中加入去离子水,然后加入TEA扩链。制得呈微蓝光的水乳液。 1.3甲基丙烯酸甲酯(MMA)改性 取一定量的PUR分散体、MMA和溶有引发剂的水溶液,加入三口烧瓶中,升温到65℃,反应2.5h,然后补加一定量的引发剂水溶液并升温至75℃,反应0.5h。 1.4苯乙烯(St)改性 过程同1.3甲基丙烯酸甲酯改性。 1.5性能测试 1.5.1分散体黏度测试 用NDJ-79型旋转式黏度计,测得各分散体在(25±1)℃下的黏度。 1.5.2拉伸强度测试 将制备好的聚氨酯乳液胶膜用80×4型的裁剪刀裁好,放在真空干燥器中真空干燥24h,然后在XLL-100A型拉力试验机上测定其拉伸强度及延伸率。延伸率的计算公式如下: E=(L2-L1)/L1×100% 式中:E——延伸率/%,L1——试样的原长,L2——试样断裂时的拉伸长度,拉伸速度为室温下300mm/min。 1.5.3粘接强度的测定试片采用PVC薄片,尺寸为100mm×25mm,粘合部分为12.5mm×25mm,表面先用砂纸打磨,再用工业丙酮处理表面污物,粘合的试片在接触压力下于45℃热烘48h,然后在室温下真空干燥24h,用XLL-100A型拉力试验机测定T型剥离强度,室温下拉伸速率为100mm/min。1.5.4吸水率的测定 把样品膜在真空下干燥24h,室温测定样品膜的质量,然后把样品膜浸泡于室温下的去离子水中,24h后再称其质量,两者的质量差即为吸水率(Ω)。其计算公式如下: Ω=(m2-m1)/m1×100% 式中:Ω——样品膜的吸水率,m1——样品膜的原来质量,m2——样品膜浸泡后的质量。 1.5.5FTIR实验 实验装置为PERKIN-ELMER-1700红外光谱仪,扫描方式,噪音过滤。红外样品的制备是将样品制成薄膜,在60℃下真空除水。实验数据由仪器上的微机处理。 2结果与讨论 2.1甲基丙烯酸甲酯共混接枝改性的影响MMA改性水性分散体的配方及性能见表1。 表1 MMA改性水性PU分散体的配方及性能 由表1可见,随着MMA用量的增加,分散体的黏度呈现下降趋势。根据内乳化聚合机理分析:MMA含量的增加能更有效地抑制离子化作用,这一作用使得一些键卷曲,分散粒子膨胀,分散颗粒单位面积的离子数目减少,使体系的黏度下降。 由表1还可看出,在固含量基本不变的情况下,用MMA改性水性PU能较大程度地降低体系的黏度。这意味着可以通过用MMA改性的方法来提高水性PU的固含量,同时保证体系稳定。MMA改性PU对膜的机械性能影响见表2。 表2 MMA改性PU对膜的机械性能的影响注:-因脆性太大,无法成膜。 1—拉伸强度 2—延伸率图1MMA/PU的比值与膜的拉伸强度和延伸率的关系 图2MMA/PU的比值与T型剥离强度和吸水率的关系 1—T型剥离强度 2—吸水率 图1和图2表明,由于PMMA本身有较强的粘附性能,与水的亲合能力比PU材料低,硬度比PU材料大,用MMA对PU进行改性处理后,膜的拉伸强度、T型剥离强度以及吸水率都得到明显的改善。制品膜的延伸率随着MMA的用量增加而降低。2.2苯乙烯共混接枝改性的影响 St改性水性PU分散体的配方及性能见表3。 表3 St改性水性PU分散体的配方及性能注:St/PU为固含量比 表3显示:用St对PU改性对体系黏度的影响与用MMA改性PU的影响相同。这也证明了应用内乳化机理解释该现象的合理性。 值得注意的是,用MMA和St分别对PU分散体改性,均在乙烯基单体/PU的比值为0.5的时候,观察到分散体的黏度出现一个较大的值,这可能是由于乙烯基单体与PU水分散体在种子聚合的条件下,提高了粒子的粒径和分散性。因为粒子表面存在着—COOH和三乙胺中和后形成的盐基离子对存在,并且由于总表面积增大,使原来包埋在分散体颗粒内部的盐基分布到分散体颗粒的表面,导致分散体颗粒和水的缔合作用增强,使自由水减少,从而使黏度升高。当乙烯基单体用量多到一定程度时,分散体颗粒粒子表面的盐基离子对数量相对单位表面积减少较多,而且乙烯基单体的极性相对PU较低,其含量的增加会使分散体粒子与水的缔合作用减弱,同时由于粒径增大,黏度下降。 1—拉伸强度 2—延伸率图3 St/PU的比值与拉伸强度和延伸率的关系 1—T型剥离强度 2—吸水率图4St/PU的比值与膜的T型剥离强度和吸水率的关系 从图3和图4可见,用St对PU改性和用MMA对PU改性的影响大致相同,不同的是用St对PU改性在St/PU为0.6和0.8之间时,拉伸强度和T型剥离强度都出现一个最大值,然后减小。这是由于当St用量较小时,接枝-共混的共聚组成在同步互穿网络中起内增塑剂的作用,固化收缩诱发产生的内应力能较低[6],使强度提高 随着用量的增大,根据Gnaffith理论,如St、MMA一类的刚性分散相在结构上存在缺陷,而且分布不均匀,在受到应力时,起应力集中剂的作用,产生大量的小裂纹及剪切带,使强度降低。然而在用MMA改性时未出现这种现象,可能的原因是MMA中的羰基的存在使它与PU之间的界面相容性好,降低了应力集中作用。2.3红外光谱分析 对MMA改性、St改性和未改性的样品进行FTIR分析,谱图如图5、6、7所示。 图5 未改性膜的红外光谱 图6 MMA改性膜的红外光谱 图7 St改性膜的红外光谱 本文主要研究3个特征谱带,即VNH、VCO、VO吸收带,VNH的吸收峰在3460cm-1处,氢键化的VNH-B约在3310cm-1左右而且为反式结构,VCO的吸收峰在1660～1780cm-1处,氢键化约在1724cm-1而且为无序区的氢键化 1000～1110cm-1处吸收峰属于C—O—C的伸缩振动(VO),氢键化约在1050cm-1处,2856～2960cm-1处的峰归属于VCH(对称和反对称)。 从以上3个谱图上可以看出,在3300cm-1左右处有强的吸收峰,而在3460cm-1处几乎看不到吸收峰存在,这说明脲基上的NH已几乎完全氢键化。St改性的谱图在3306cm-1处的氢键化吸收峰相对于PU来说向波数低的方向移动,在图6的红外图谱中也看到了同样的现象,这说明在改性材料中—NH—形成的氢键作用力比PU更大。其原因可能是:St和MMA的分子极性与脲基的极性相去甚远,相对于脲键而言,与聚醚软段的极性更接近,并且由于St和MMA在聚氨酯软段上接枝,“埋没”大量的醚氧键和软段微区中的部分羰基,St和MMA的加入将导致—NH—与—O—之间形成的氢键数目相对减少,因为—NH—与—O—之间形成的氢键要弱于—NH—与—CO—之间形成的氢键,所以导致吸收峰向低波数移动。 另外还可以看到,在1724cm-1左右处有一明显的吸收峰,说明硬段相溶有一定数量的软段,这表明乙烯基聚合物与PU中的硬段链有一定的相容性,使得PU硬段有序程度降低。这种有序程度的降低,反映了PU与乙烯基聚合物之间形成了化学键能,提高了它们之间的相容性与共混程度。3结语 采用种子聚合的方法,乙烯基单体改性水性聚氨酯能提高水性PU的力学性能、降低吸水率。改性后的水性聚氨酯材料中均存在着氢键行为,其中甲基丙烯酸甲酯的氢键作用强,有较好的相容性,苯乙烯的氢键作用小,相分离程度最大。 涂料附着力不理想,本文就此问题进行了研究,分析了影响附着力的因素,并提出了相应的解决方法。 目前,关于树脂在金属表面附着的原理很多。如机械咬合粘接理论、静电理论、吸附理论、扩散理论、酸碱使用理论和化学键理论等[1]。总的说,附着力是机械连接、静电吸引和化学键合共同作用的结果。附着力强度是润湿程度、两表面的相对表面力学能和润湿动力学的函数,在附着力的定义上,附着力应该是指涂装金属暴露在高湿环境或溶液中的附着力,俗称湿附着力,即指将涂装金属置于介质环境后,表现出来的附着力,目前通用的一些测定涂层附着力的方法,大多测试的是干涂层体系的数值,本实验所描述的附着力数值是用划圈法所测定的干涂层数值。

环氧乙烯基酯树脂从20世纪60年代开发以来，在众多工业领域得到推广应用，并逐步被用户接纳、认可，到90年代基本成为国际认可的新型耐蚀材料的代表，其应用范围逐步取代早期的传统耐蚀树脂。随着科研力度的加大更有不少性能及用途独特的乙烯基酯树脂得到推广或被进一步改性。该产品既然性能如此好，那么其性能到底由哪些因素决定？业界很多人不知所以然，为此中国环氧树脂行业协会(www.epoxy-e.cn)专家专门作了介绍。目前环氧乙烯基酯树脂应用量最大、范围最广的要算甲基丙烯酸型双酚A环氧乙烯基酯树脂(国内牌号相当于MFE-2)、甲基丙烯酸酚醛环氧型乙烯基酯树脂(国内牌号相当于W2-1)。在树脂产品中工程上曾对相当的材料及性能进行比较。不同品种的乙烯基酯树脂之间的性能差异较大，一般都是针对不同的使用要求而设计的。比起双酚A反丁烯二酸聚酯树脂来说，同属耐化学树脂的乙烯基酯树脂不但耐化学性优于聚酯，而且各项机械性能及耐热性能也都可能超过聚酯。在成型工艺上乙烯基酯树脂吸取了不饱和聚酯便于固化成型的优点，可以采取同样的交联固化工艺成型，从而显示了乙烯基酯树脂明显的优越性。据中国环氧树脂行业协会(www.epoxy-e.cn)专家介绍，环氧乙烯基酯树脂手糊玻璃钢的机械性能大大超过美国标准局为防腐用板材规定的PSl5-69标准，乙烯基酯树脂玻璃钢不仅具有较好的机械强度而且有较高的高温强度，适于制造高温下操作的防腐设备，已固化的乙烯基酯树脂具有较高的断裂延长率。这是这类树脂优于其他树脂的重要特征之一，这样不仅可以提高玻璃钢层板第一次出现裂纹时的应变量，而且可以显著提高层板的耐冲击能力。由此环氧乙烯基酯树脂以其优良的性能在各行各业中已经得到广泛应用。

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