天然生漆/萜烯基水性聚氨酯復(fù)合改性聚合物材料的制備與性能研究(摘要)

孫祥玲(1.中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院，北京100091;2.中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院 林產(chǎn)化學(xué)工業(yè)研究所，江蘇 南京 210042)

本論文以天然生漆為原料，通過(guò)物理、化學(xué)改性等方法獲得精制生漆、水基化生漆以及漆酚，并將其與萜烯基水性聚氨酯共混制備高性能聚合物材料。主要研究了共混體系的穩(wěn)定性、流變性等溶液性質(zhì)以及共混體系成膜物的微觀形態(tài)、力學(xué)性能、熱學(xué)性能，探討了共混體系的成膜條件、機(jī)理以及復(fù)合聚合物結(jié)構(gòu)、組成與性能關(guān)系。

1)天然生漆與萜烯基水性聚氨酯的共混改性及其成膜性能。天然生漆經(jīng)精制后，與萜烯基水性聚氨酯共混并成膜。研究結(jié)果表明:精制天然生漆與水性聚氨酯共混體系的穩(wěn)定性提高;在以萜烯基水性聚氨酯為基體樹(shù)脂的共混體系中，生漆含量小于20%時(shí)，生漆與萜烯基水性聚氨酯具有較好的相容性，漆膜光滑致密，且隨著生漆含量的增加，漆膜的熱穩(wěn)定性、光澤度、鉛筆硬度、拉伸強(qiáng)度提高，耐水性增強(qiáng);在以生漆為基體樹(shù)脂的共混體系中，水性聚氨酯的加入縮短了生漆的成膜時(shí)間，使得漆膜的微觀結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，光澤度提高;萜烯基水性聚氨酯對(duì)生漆漆膜具有增韌作用，使得漆膜的柔韌性、附著力及抗沖擊強(qiáng)度明顯提高。

2)水基化生漆與萜烯基水性聚氨酯共混改性及其成膜機(jī)理。采用復(fù)合乳化劑將天然生漆乳化成水包油型的穩(wěn)定水基化生漆乳液(WRL)，將其與萜烯基水性聚氨酯按不同比例共混并成膜。研究結(jié)果表明:復(fù)合乳化劑聚氧乙烯辛基苯基醚(OP-10)/十二烷基硫酸鈉(SDS)/聚乙烯醇(PVA)的乳化效果最好，最佳質(zhì)量配比為7∶3∶10，乳化劑用量大于生漆質(zhì)量的10% 時(shí)能夠形成穩(wěn)定的乳液，粒徑較小(＜800 nm)且分布均勻;水基化生漆/萜烯基水性聚氨酯共混體系乳液具有較好的離心穩(wěn)定性，黏度隨著剪切速率的增大而迅速減小，呈現(xiàn)假塑性流體的性質(zhì);隨水基化生漆含量的增加，共混體系漆膜的成膜時(shí)間延長(zhǎng)、鉛筆硬度提高、柔韌性和附著力下降;漆膜的拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率均隨溫度和濕度的升高而降低。

溫度對(duì)共混體系成膜時(shí)間的影響最為顯著。漆膜表干主要是水分的蒸發(fā)及粒子聚結(jié)的物理過(guò)程。溫度、濕度、固含量通過(guò)影響水分的蒸發(fā)速度對(duì)漆膜的表干時(shí)間產(chǎn)生影響。實(shí)干過(guò)程以化學(xué)交聯(lián)成膜和漆酶的催化成膜為主。溫度較低時(shí)，酶促成膜作用更加顯著，高溫成膜條件下，以化學(xué)反應(yīng)成膜為主。實(shí)干后在70℃下加熱5 h，異氰酸酯基與羥基及活潑氫全部反應(yīng)，溫度高于130℃時(shí)有利于生漆側(cè)鏈中的不飽和雙鍵氧化聚合，進(jìn)一步交聯(lián)成體型網(wǎng)絡(luò)。

3)漆酚改性萜烯基水性聚氨酯的制備及其成膜性能。用乙醇法從生漆中提取漆酚(Ur)，以漆酚與環(huán)氧氯丙烷(ECH)反應(yīng)合成漆酚基縮水甘油醚(UDE)。將漆酚基縮水甘油醚(UDE)與萜烯基環(huán)氧樹(shù)脂(TME)進(jìn)行親水化、羥基化改性，合成了一系列漆酚改性萜烯基多元醇乳液，并將其與聚異氰酸酯(D80)交聯(lián)制備了改性水性聚氨酯聚合物。結(jié)果表明:TME與UDE質(zhì)量比影響漆酚改性萜烯基多元醇乳液的黏度、穩(wěn)定性、羥值及粒徑分布。當(dāng)TME與UDE質(zhì)量比為1∶1時(shí)，漆酚改性萜烯基多元醇乳液的性能最好;隨UDE含量的增加，漆酚改性萜烯基水性聚氨酯的表面疏水性、耐水性及熱穩(wěn)定性提高，但漆膜的拉伸強(qiáng)度降低。增大TMP含量及n(—NCO)/n(—OH)，可以提高交聯(lián)度，改善漆膜的耐水性，使得漆膜的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度升高，拉伸強(qiáng)度增大。最適宜的TMP含量為12% ～14%，n(—NCO)/n(—OH)為1.2～1.4。

生漆;萜烯基水性聚氨酯;改性;復(fù)合材料;性能