用作聚丙烯酸酯改性的水性聚氨酯涂层剂4-5

资料来源：聚氨酯、有机硅改性丙烯酸酯乳液的合成及应用，王军兰，龚金南，虞卫星

摘自：<印染助剂>2002（5）；39-40

 

丙烯酸酯(PA)乳液质优、价廉，作为涂料印花、染色粘合剂、涂层剂等广泛应用于纺织品中.丙烯酸酯有较好的耐水性、耐碱性，最大的特点是有玻璃化温度，低温下手感发硬，作为涂层则透湿、透气性差.水性聚氨酯(PU)则有耐低温、柔韧性好、粘接强度大等优点，但耐高温、耐水性差.有机硅则有较好的透气性和耐水性，耐低温性尤佳.实验中将三者有机地结合在一起，根据不同用途的要求、发挥其协同作用的优势，可以做成有皂或无皂乳液，用作纺织品的涂层剂和皮革涂饰剂.

1  实验部分

1.1主要原料

1,6-己二酸二异氰酸酯(HDl)、聚酯二醇(M=2000)、聚醚二醇(M＝1000、2000)、低不饱和度聚醚二醇(GE，M＝1000、2000)、氨基改性聚醚(M＝2000)、亲水性单体、扩链剂二元醇、丙烯酸(AA)、丙烯酸丁酯(BA)、甲基丙烯酸甲配(MMA)、苯乙烯(St)、八甲基环四硅氧烷(D4)、丙烯酸羟乙酯(HEA)、丙烯酸羟丙酯(HPA)、十二烷基硫酸钠(K12)、壬基酚聚氧乙烯醚(NP-10)均为工业品，丙酮、有机锡、过硫酸钾(K2S2O8)、三乙胺均为试剂级.

1.2  水性聚氨酯乳液的制备

聚酯二醇或聚醚二醇或GE经120℃，9.6×l04Pa真空脱水1-2h，冷却到60℃以下，加入有机锡作催化剂，然后加入HDI，在80-85℃条件下反应2h，然后冷却至60-65℃，加入适量的亲水性单体和丙酮，反应1h后，加入扩链剂二元醇反应1h，再加入适量丙烯酸羟乙酯或丙烯酸羟丙酯反应2h.冷却到40℃、加入适量丙酮和三乙胺，然后出料.

进行高速乳化、一边搅拌，一边加入水和氨基改性聚醚，出现粘度高峰时要充分搅拌，继续加水至一定量，然后抽真空4.6×104Pa，脱去丙酮，得到半透明蓝光乳液，含固量均为40％左右.

1.3  改性丙烯酸酯乳液的制备[1]

以1.2合成的水性聚氨酯乳液作为种子乳液，加入适量的水和外乳化剂NP-10、K12等(也可不加外乳化剂、做成无皂乳液).升温到80-85℃、加入适量的引发剂K2S2O8溶液，同时开始滴加丙烯酸酯和D4的混合单体，3h左右滴加完毕，85℃左右保温1-2h，然后冷却至40℃，120目滤网过滤、出料，即得改性乳液。

1.4  性能测试

1.4。1  胶膜的制备

将乳液浇在平板玻璃上，自然干燥一天,胶膜厚约为0.1cm.

1.4.2  胶膜吸水率的测定

称取质量Wl的乳胶膜，浸入去离子水24h，用滤纸擦去表面的水，称重为W2，计算吸水率.

1.4.3  胶膜机械性能的测定[2]

设备2500N型材料试验机.

1.4.4  玻璃化温度的测定[3]

1.4.5.  涂层织物的透湿性、耐水压、泼水性测试

织物T／C 65／35线绢45S／2×45 S／2，100×51，乳液用增稠剂增稠后用于织物涂层，涂层后增重20g／m2左右，用日本住友防水剂EM-11作后防水处理.

1.4.6作皮革表面涂饰剂

做成无皂乳液，经清洁处理的皮衣表面直接用做成无皂乳液的涂饰剂涂饰。

2.  结果与讨论

表1  PA／PU用量与膜和涂层织物的各项性能

质量比

断裂强度

/N·cm-2

断裂伸长

%

吸水率

%

Tg

/℃

透湿性

/g·(m2·d)-1

耐水压

/Pa

0︰1

2988

843

16

-30

7230

2734

1︰0

1800

500

10

-20

1670

3430

1︰1

2200

600

12.6

-24

5680

3332

2︰1

2000

580

11.0

-21

4680

3332

3︰1

1850

550

10.5

-18

3500

3381

4︰1

1800

520

10.2

-16

1690

3430

注：质量比m(PA) ︰m(PU)，拨水性4-5级

2.1  由表1可见，随PA用量的增加。皮膜断裂强力和断裂伸长降低，玻璃化温度升高，涂层后透湿性也明显降低，膜的吸湿率降低，耐水压略有提高，其原因是涂层增重影响，拨水性主要和后防水处理剂有关.

2.2  聚酯型PU和PA接枝，m(PA) ︰m(PU)＝1︰1时皮膜还能保持透明；聚醚型PU和PA接枝，m(PA) ︰m(PU)＝2︰1时皮膜透明度差，似有一些相分离现象，手感发粘；m(PA) ︰m(PU)＝3︰1时，皮膜又变透明.

2.3  D4的接枝率通常小于20％，超过15％则皮膜泛白，不透明，渣子多、难过滤，通常固定D4的接枝率10％左右，膜透明，强度和断裂伸长都可以。

2.4  用作皮革涂饰的乳液为无皂乳液，D4用量为10％，表面光泽度好，有明显的防水效果，D4量低于5％，则防水效果不明显，m(PA) ︰m(PU)控制在3︰1左右，手感丰满，柔软如初.

3  结论

3.1  以自制PU乳液为种子乳液，其粒径大小基本决定了最终接枝乳液的粒径，这种现象符合以往的乳液聚合理论.

3.2  D4接枝量通常在10％，PU接枝量为30％以下，皮膜透明，成本在1万元／t左右，各项性能较优。织物涂层后，其透湿性能达到通常的穿着舒适性(2000g／m2·d)，所以m(PA) ︰m(PU)通常在3︰1左右较合适.

3.3  以聚醚型PU和PA接枝，各项性能互补较好，有利于发挥各自的优点.

3.4  以不饱和聚醚二醇(GE)制备的PU乳液作为种子乳液，尤其适于接枝成无皂乳液，用作皮革表面涂饰剂、光泽度好、手感丰满、柔软，并有明显的防水性，能长久保持光泽.还可将亲水性单体换成阳离子性的，做成阳离子性聚氨酯乳液，然后用D4、PA接枝成阳离子性乳液，如何拓展其应用，有待进一步深入研究.