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水性聚氨酯(WPU)具有不易燃烧、安全、环保等优点,是最具代表性的水性聚合物产品之一,已广泛应用于水性油墨、涂料、胶黏剂、皮革涂饰剂等领域。然而WPU具有耐水性差、光泽度低、价格昂贵等缺陷,限制其更广泛的实际应用。通过水性丙烯酸(PA)对WPU进行改性,可改善WPU的耐水性、耐热性,并能降低WPU的使用成本,扩大WPU的使用范围。本论文以丙烯酸改性聚氨酯乳液的合成为研究对象,设计和应用不同的交联体系以提高胶膜的性能特别是耐水性,系统地研究了体系配方与反应工艺、交联剂种类等对乳液及乳胶膜的性能的影响。本论文主要研究内容和结论如下:(1)以三羟甲基丙烷单烯丙基醚(TMPME)作为偶联剂,将碳碳双键引入到聚氨酯链段的侧链上,合成水性丙烯酸酯接枝改性的聚氨酯(PUA)乳液,系统地研究聚氨酯预聚时间、丙烯酸酯聚合条件、亲水单体用量、降粘剂种类与用量、固含量等各种因素对丙烯酸改性聚氨酯乳液制备工艺条件的影响。结果表明,当亲水单体含量大于3%、以四氢呋喃作为降粘剂且用量为10%、设计固含量为30%时的PUA乳液的合成工艺具有优异的稳定性与可重复性,制备得到的PU及PUA乳液稳定性良好。(2)使用不同用量的TMPME制备了系列内交联型PUA乳液,利用TEM对PUA乳液的微观结构进行研究,发现乳胶粒具有核壳结构,TEM测试得到的乳胶粒粒径及分布与DLS测定粒径数据相符。研究偶联剂用量对PUA乳液及乳胶膜性能发现,引入适量的TMPME可以在分子内产生一定的内交联结构,从而提高PUA乳胶膜的耐水性、耐热性、交联度、耐溶剂性以及力学性能。当TMPME含量为3wt%时,乳胶膜的耐水性最好,吸水率为7.0%;当TMPME含量为2wt%时,PUA乳胶膜的拉伸强度最大达到8.7Mpa。但当TMPME含量过高时,乳胶膜的耐水性、交联度、力学性能均有一定的下降。乳胶膜的接触角随TMPME用量增加而降低。研究了 PUA聚合物接枝率的测定方法,并测试了使用不同用量的偶联剂制备的PUA的接枝率。结果表明,TMPME的用量对PUA的接枝率有很大的影响,一定用量的TMPME能保证制备的PUA具有高的接枝改性率,但当TMPME含量过高时,PUA的接枝率会随着TMPME含量的升高而稍有下降,导致成膜性能变差。(3)分别采用酮肼交联体系及有机硅交联剂对PUA乳液进行进一步改性发现,DAAM+ADH交联体系对PUA耐水性提升作用较小,而有机硅单体A-174对提高PUA乳胶膜耐水性的作用明显;当TMPME含量为2wt%、A-174含量为4wt%时,制备的乳胶膜的吸水率最低,达到7.8%,涂膜吸水后不会出现泛白现象。另外A-174可增大胶膜的接触角,最大接触角为94°,而DAAM+ADH交联体系含量的增多可使PUA乳液的表面张力下降,并且使涂膜接触角升高。由乳胶膜的DMA表征可知,乳胶膜具有两个玻璃化温度(Tg),分别为15℃和78℃,交联剂含量的改变对Tg的影响较小。