辐照水性聚氨酯的复合改性研究与应用进展.docx

2012．Vol．27No．2POLYURETHANEINDUSTRY·1··专题综述·辐照水性聚氨酯的复合改性研究与应用进展杨蓓蓓杨建军*吴庆云张建安吴明元(安徽大学化学化工学院安徽省绿色高分子材料重点实验室合肥230039)摘要:综述了辐照水性聚氨酯(WPU)最常用的多元改性方法，重点介绍了γ射线(Co-60)辐照WPU和紫外光(UV)固化WPU的改性方法。改性后的辐照WPU的耐候性和机械性能要远优于WPU，辐照WPU经改性后可应用于印花粘合剂、地板涂料、木器漆涂料和汽车漆膜等领域。最后展望了辐照WPU的发展前景。关键词:辐照;水性聚氨酯;改性;应用中图分类号:文献标识码:文章编号:1005－1902(2012)02－0001－04TQ323.8A水性聚氨酯(WPU)与溶剂型聚氨酯相比具有低挥发性有机化合物(VOC)甚至零VOC排放、无毒、无污染等优点，广泛用于涂料、胶粘剂、纺织和医药领域［1］。但由于WPU的制备工艺决定其相对分子质量不会太大，这使得WPU的耐溶剂性、耐热性、力学强度等物理化学性能不十分理想，限制了它的应用范围。近年来，科研人员对WPU进行了多方面的改性，由于经辐照后WPU涂料不仅提高了交联度，而且不含溶剂或只含少量的惰性稀释剂，具有对环境污染小、能耗低、效率高、化学稳定性好及适用性广等独特优点［2］，因而辐照WPU的改性也得到极大地关注。辐照主要包括:电子束、微波、γ射线、紫外线等，聚合物的辐照是由辐射向聚合物的能量转移引发的，任何一种辐射源的辐射，都可以引发聚合物分子的活化或电离，生成化学反应所需的活性粒子［3］，引发材料中带不饱和双键的化合物发生聚合。但目前辐照WPU主要是γ射线(Co-60)辐照合成聚氨酯高分子乳液和紫外光(UV)固化聚氨酯涂料。辐照交联WPU未经复合改性仍存在初粘力低、耐水性差等不足，不能满足多种领域的需要，为改善该类WPU及其胶膜的性能，扩大其应用领域，需要对其进行改性。本综述主要介绍了Co-60辐照和UV固化合成辐照WPU的改性方法和在国内外的研究与应用进展。1Co-60辐照WPU改性的研究Co-60辐射装置实施乳液聚合，具有不需要外加引发剂，不需要加热，引发速度连续可控的特点。由于辐射法在产品质量和生产成本两个方面均比化学法有优势，因而受到关注，并有逐渐取代传统化学法的趋势。辐射乳液聚合的原理是在Co-60辐照下，使水不断发生分解，生成活性H·和·OH自由基，继而引发单体乳液聚合的一种方法［4］。Co-60辐照作为WPU的改性工艺，不仅可以提高WPU的耐水性、力学性能和交联度，而且将Co-60辐照WPU作为产品应用时，甲醛的释放量也大大降低。杨建军，等［5］利用丙烯酸酯单体、双丙酮丙烯酰胺合成出含有活性酮羰基的丙烯酸酯乳液，然后同含端酰肼基的聚氨酯按一定比例混合，在Co-60辐射下交联聚合，当双丙酮丙烯酰胺的质量分数为1.3%～1.4%时，所制得的丙烯酸酯改性的WPU辐照交联膜的力学性能和耐水性较好;并且基于该乳液制备的粘合剂是无醛、无烷基酚聚氧乙烯醚(APEO)的环保型产品，用作织物的印花粘合剂可*通讯联系人·2·聚氨酯工业第27卷以满足婴儿的服装要求。孙学武，等［6］以二羟甲基丙酸(DMPA)、聚醚二元醇(N220)、甲基丙烯酸-β-羟丙酯(HPMA)和异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)等为原料合成碳-碳双键封端的WPU预聚物，用丙烯酸酯丁酯(BA)和甲基丙烯酸甲酯(MMA)混合单体降低体系粘度;经过机械乳化、中和、Co-60辐射聚合，制得了水性聚氨酯-丙烯酸酯(PUA)复合乳液。以Co-60辐射聚合制备的丙烯酸酯改性WPU比化学聚合法具有明显的优势，其乳液平均粒径由143.5nm降至100nm，乳液固体质量分数由37.5%提高至38.6%;膜的拉伸强度由15.3MPa提高至18.3MPa，膜的吸水率由7.4%降至5.6%，热分解温度由320℃升高到380℃。WangH，等［7］首先用IPDI和羟基封端的聚丁二烯合成WPU分散体，然后再用Co-60辐照将乙烯基单体(丁二烯、氯乙烯、苯乙烯)原位接枝到合成的WPU分散体上，经过测试表明，Co-60辐照聚合制备WPU接枝乙烯基聚合物的接枝率达到37%比化学聚合法制备的接枝聚合物的接枝率(21%)高很多，并且辐照聚合制备的WPU接枝乙烯基聚合物的粒子大小更加均匀。MortleA，等［8］以环己基二异氰酸酯和蓖麻油为主要原料合成出蓖麻油改性的WPU，为了提高交联度，用Co-60对所得产品进行辐照，并将辐照的蓖麻油改性WPU与未辐照的WPU进行比较。结果表明，蓖麻油改性的辐照交联WPU在机械性能上WPU经紫外光辐照固化后研究其涂膜的耐候性。结果表明，随着有机硅含量的增加，涂膜的失光率从80%降至40%，涂膜的色泽在300h内仅有轻微失