Page 213 - 《精细化工》2020年第8期
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第 8 期 彭盼盼，等: 硅基和氨酯基协同改性水性丙烯酸树脂的制备与性能 ·1711·
度、耐化学性等性能 [7-8] 。然而，单一的丙烯酸酯类 Vertex-80 型傅里叶变换红外光谱仪（FTIR），
聚合物涂料主要为热塑性材料，多为线型聚合物， 德国 Bruker 公司；Malvern Nano-ZS90 型粒度分析
分子链中缺少支链而难以形成三维网状结构，从而 仪，英国 Malvern 公司；JEM 2100 型高分辨透射电
导致聚合物材料出现耐低温性能、延展性能等方面 子显微镜（TEM），日本 JEOL 公司；Escalab 250Xi
的缺陷。因此，为了弥补单一丙烯酸酯类聚合物材 型 X 射线 光电子能谱分析仪（ XPS ），美国
料在应用上的性能缺陷，研究人员通常在体系中引 Thermo-VG Scientific 公司；TGA-5500 型热重分析
入各种功能性单体，如有机硅、有机氟、聚氨酯 [9-11] 仪（TGA），珀金埃尔默企业管理（上海）有限公司；
等，进行改性，从而达到提高聚合物材料耐水性、 S-4800 型冷场扫描电子显微镜（SEM），日本 Hitachi
热稳定性和力学性能的目的。其中，有机硅氧烷由 公司；QF2-Ⅱ型附着力试验仪，天津材料试验厂；
于具有良好的热稳定性及较低的表面能，可改善聚 CMT-2203 型电气测试机，美国 MTS 公司 ；
合物在耐热性、硬度、力学性能等方面的不足而受 C-MAG-HS7 型加热磁力搅拌器，艾卡（广州）仪
到研究者的青睐。刘信胜等 [12] 以 3-氨基丙基三乙氧 器设备有限公司；OSA60 接触角测试仪，德国
基硅烷和 γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷共同 LAUDA Scientific 公司；UPLC/Quattra Premier 超高
改性，通过互穿网络聚合法合成了有机硅改性水性 液相色谱-质谱联用仪（电喷雾电离源），美国 Waters
聚氨酯丙烯酸树脂，有机硅的加入显著提高了热力 公司；AV400 全数字化核磁共振波谱仪，瑞士 Bruker
学性能，增加了交联密度，吸水率也得到明显改善。 公司。
GUO 等 [13] 使用 3-氨基丙基三乙氧基硅烷改性水性 1.2 含硅聚氨酯小分子预聚体（IPDI-Si）的合成及
丙烯酸树脂，3-氨基丙基三乙氧基硅烷的加入有效 PISA 的制备
提高了交接密度，增加了涂膜致密性，所制备的涂 在装有机械搅拌器、温度计、冷凝管的 150 mL
层具有良好的机械性能、热性能和疏水性，在抗闪 三口烧瓶中加入 IPDI 6.66 g（0.03 mol）后，通入
速腐蚀领域具有潜在的应用前景。谢凯明等 [14] 通过
N 2 30 min 后加入几滴 DBTDL，加入质量分数 1%的
引入巯基硅改性剂 γ-巯丙基三甲氧基硅烷改性制备
对甲氧基苯酚（MEHQ）搅拌均匀后升温至 72 ℃，
建筑防水整理剂，其粒径分布均匀，乳液有较好的
开始缓慢滴加 HEMA 3.51 g（0.027 mol）。反应 3 h
稳定性，防水效果好，整体性能优异。巯基硅氧烷
后降温至 50 ℃，缓慢滴加 6.43 g（0.027 mol）的
可以提高材料的力学性能、机械性能、热力学等性
TMPS。升温至 72 ℃恒温反应 3 h。实验采用二正
能，广泛应用在医学、橡胶、纺织等行业。 [15]
丁胺法 测定剩余—NCO 基团，当检测—NCO 含
本文以 γ-巯丙基三乙氧基硅烷（TMPS）为有机
量低于理论值时，停止反应。降温至室温，将制得
硅改性剂，与异佛尔酮二异氰酸酯（IPDI）、甲基丙 1
的 IPDI-Si 装入试剂瓶备用。 HNMR (400 MHz，
烯酸羟乙酯（HEMA）进行聚合，制备出含硅聚氨
CDCl 3 )，δ: 7.98 (s, 2H, NHCO)，6.10 (s, 1H, ==CH 2 )，
酯小分子预聚体，进一步与丙烯酸酯类单体进行聚
5.56 (s, 1H, ==CH 2 )，4.32 (m, 4H, CH 2 CH 2 )，3.27 (m,
合，通过调节含硅聚氨酯小分子预聚体的加入量，
2H, SCH 2 )，3.76 (q, 6H, CH 2 CH 3 )，3.55 ~3.40 (m, 1H，
制备出一系列改性丙烯酸树脂水分散体（PISA）。
CH，2.91 (t, 2H, CH 2 )，1.98 (s，3H，==CCH 3 )，1.91
对合成出的分散体及制备的胶膜进行结构与性能表
(s, 2H, SCH 2 CH 2 )，1.68 (s, 6H, CH 2 )，1.23~1.15 (m,
征，并进一步对胶膜的力学性能、热力学性能、水
9H, CH 2 CH 3 )，1.06~0.98 (m, 6H, CH 3 CCH 3 )，0.89 (s,
接触角、硬度等性能进行了测试，为其在水性工业
3H, CCH 3 )，0.59 (m, 2H, SiCH 2 )。HRMS (ESI)：m/Z
涂料、木器漆等功能材料方面的应用提供参考。 +
C 27 H 50 N 2 O 8 SSi，理论值 591.3164 [M+H ]；实测值
1 实验部分 591.3136。
将装有 250 mL IPA 溶剂的三口烧瓶在油浴加热
1.1 原料与仪器 装置中升温至 50 ℃ ，分别称取 AA 5.80 g
HEMA 、丙 烯酸（ AA ）、甲基丙烯 酸甲酯 （0.08 mol）、MMA 20.0 g（0.2 mol）、BA 12.9 g
（MMA）、丙烯酸丁酯（BA）、二月桂酸二丁基锡 （0.1 mol）、2-EHA 2.76 g（0.015 mol）、HMEA 5.20 g
（DBTDL），AR，国药集团化学剂有限公司；异丙 （0.04 mol）、IBOMA 2.20 g（0.01 mol）、IPDI-Si
醇（IPA）、三乙胺（TEA）、偶氮二异丁腈（AIBN）， （含量 0、1%、2%、3%、4%；以聚合单体的总质
AR，阿拉丁试剂有限公司；丙烯酸异辛酯（2-EHA）、 量为基准）与 AIBN 1.00 g，室温混合均匀，取总质
TMPS，AR，麦克林试剂公司；甲基丙烯酸异冰片 量的 1/3 直接加入三口烧瓶，搅拌均匀并升温至
酯（IBOMA），CP，上海 TCI 公司；去离子水，实 70 ℃，剩余的 2/3 在 2 h 内滴加完毕，恒温反应 4 h
验室自制。 后降温至 50 ℃，然后加入 TEA 进行中和，并检测
