超支化有机硅聚氨酯丙烯酸酯预聚物的合成及性能研究

论文摘要

有机硅材料由于具有耐温、耐候、电绝缘、低表面能和生理惰性等优良的性能,所以其被广泛应用于电子、印刷和医药等领域。紫外光（UV）固化技术是近年来发展较快的一项绿色技术,具有固化快、节能和环保等优点。超支化聚合物具有球状分子结构,具有粘度低,反应活性高,极易功能化等优点。超支化的UV固化有机硅材料不但具有有机硅材料及超支化聚合物的良好的性能,而且具有固化速度快,耗能少等优点。本文主要目的是合成出不同结构的超支化有机硅聚氨酯丙烯酸酯预聚物,研究结构与性能的内在联系和规律,为拓宽光敏有机硅的应用领域提供理论根据和技术基础。本文先合成非有机硅超支化聚合物,然后通过超支化聚合物的末端活性官能团引入官能化的聚有机硅氧烷链和感光基团,制备出超支化的光敏有机硅聚合物,并对其性能进行了系统研究。研究内容如下:（1）以三羟甲基丙烷（TMP）为中心,N,N-二羟乙基-3-胺基丙酸甲酯和N,N-二羟乙基-邻氨基甲酰基苯甲酸为单体分别合成了两类五种端羟基超支化聚合物（HBP-OH）,并研究了其合成过程中的温度影响。在得到的五种超支化聚合物基础上,以硅油（SD9316）、异佛尔酮二异氰酸酯（IPDI）和丙烯酸β-羟乙酯（HEA）为原料引入有机硅、聚氨酯、丙烯酸酯改性,共得到五种不同的超支化光敏有机硅聚氨酯丙烯酸酯预聚物,研究了合成过程中合成路线,催化剂用量对反应及产物的影响。运用IR、GPC和1H-NMR等手段对得到的超支化聚合物和超支化有机硅聚氨酯丙烯酸酯预聚物的结构进行了表征。（2）所合成的超支化有机硅聚氨酯丙烯酸酯与活性单体HEA、TPGDA、TMPTA、IBOA、HDDA和DPGDA都具有很好的相容性。（3）超支化有机硅聚氨酯丙烯酸酯HB1PSUA体系粘度（4446mPa·s）显著低于线型结构PSUA2（48000 mPa·s）体系的粘度,随着活性单体含量和体系温度升高,体系粘度快速降低。（4）通过实时红外光谱法（RTIR）深入细致地研究了光强、光引发剂、活性单体的种类和用量及超支化预聚物结构对超支化有机硅聚氨酯丙烯酸酯预聚物感光体系的感光性能的影响,结果表明:实验选择10mW/m2光强进行研究,复配光引发剂Irgacure1700的引发效率最高,引发剂适宜加入量为0.05（wt.%）;详细论述了不同的活性单体及加入量对感光体系的双键转化率和双键转化速率的影响;比较了各个超支化预聚物的感光性能。在相同的条件下,超支化预聚体与线型结构预聚体PSUA2相比体系有更高的双键转化速率。（5）系统地研究了感光体系的固化膜材料的表面性能、吸水率、体积收缩率、耐化学药品性、拉伸强度、硬度、柔韧性、附着力、热性能及玻璃化转变温度等物理机械性能,分析了结构与性能的关系。研究结果表明:其固化膜吸水率在3-5%之间;固化膜体积收缩为3-8%,具有优良的柔韧性（1mm级）;具有较高的热稳定性,在300℃时失重仅为2.55%（国外树脂OAK27和OAK12分别为7.61%和25.79%）;较好的耐化学药品性和耐水性;玻璃化转变温度在50℃-100℃之间。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 有机硅化合物的结构和性质
• 1.2 紫外光固化技术的概述
• 1.2.1 UV固化技术的原理和特点
• 1.2.2 UV固化材料的组成
• 1.3 超支化聚合物的概述
• 1.3.1 超支化聚合物的发展
• 1.3.2 超支化聚合物的合成
• 1.3.3 超支化聚合物的结构与性能
• 1.4 光固化有机硅的研究进展
• 1.4.1 丙烯酸酯基化聚硅氧烷预聚物的合成
• 1.4.2 巯基-乙烯基化有机硅UV固化体系
• 1.4.3 环氧基化聚硅氧烷的合成
• 1.4.4 苯乙烯基化聚硅氧烷的合成
• 1.4.5 乙烯基醚基化聚硅氧烷的合成
• 1.4.6 超支化UV固化有机硅材料
• 1.5 UV固化有机硅材料的应用
• 1.6 课题的目的、意义和研究内容
• 1.6.1 课题的目的和意义
• 1.6.2 本课题研究的内容
• 第二章 实验部分
• 2.1 实验药品
• 2.2 实验仪器
• 2.3 实验方法
• 1PSUA）的合成'>2.3.1 第一代超支化聚胺—酯型有机硅聚氨酯丙烯酸酯预聚体（HB₁PSUA）的合成
• 2PSUA）的合成'>2.3.2 第二代超支化聚胺—酯型有机硅聚氨酯丙烯酸酯预聚体（HB₂PSUA）的合成
• 3PSUA）的合成'>2.3.3 第三代超支化聚胺—酯型有机硅聚氨酯丙烯酸酯预聚体（HB₃PSUA）的合成
• 4PSUA）的合成'>2.3.4 第一代超支化聚酰胺—酯型有机硅聚氨酯丙烯酸酯预聚体（HB₄PSUA）的合成
• 5PSUA）的合成'>2.3.5 第二代超支化聚酰胺—酯型有机硅聚氨酯丙烯酸酯预聚体（HB₅PSUA）的合成
• 2.4 异氰酸根（-NCO）含量的测定
• 2.5 酸值的测定
• 2.6 羟烷基硅油羟值含量的测定
• 2.7 黏度测定测定
• 2.8 超支化有机硅聚氨酯丙烯酸酯预聚物的感光体系的配置
• 2.9 感光性能的测定
• 2.10 固化膜接触角的测定
• 2.11 体积收缩测定
• 2.12 固化膜吸水率的测定
• 2.13 涂膜耐化学药品性的测定
• 2.14 涂膜附着力的测定
• 2.15 涂膜硬度的测定
• 2.16 涂膜柔韧性的测定
• 2.17 固化膜拉伸强度的测定
• 第三章 超支化光敏有机硅聚氨酯丙烯酸酯预聚物的合成与表征
• 3.1 超支化聚酯的合成与表征
• 3.1.1 超支化聚酯的合成
• 3.1.2 超支化聚酯的表征
• 3.2 超支化有机硅聚氨酯丙烯酸酯预聚体的合成与表征
• 3.2.1 超支化有机硅聚氨酯丙烯酸酯预聚体的合成
• 3.2.2 超支化有机硅聚氨酯丙烯酸酯预聚体的表征
• 3.3 小结
• 第四章 超支化光敏有机硅聚氨酯丙烯酸酯感光性能的研究
• 4.1 不同光强对体系的感光性能的影响
• 4.2 不同光引发剂对体系感光性能的影响
• 4.3 引发剂用量对体系的感光性能的影响
• 4.4 不同活性单体对体系的感光性能的影响
• 4.5 活性单体的用量对体系的感光性能的影响
• 4.6 不同的超支化有机硅聚氨酯丙烯酸酯预聚物对体系感光性能的影响
• 4.7 小结
• 第五章 超支化光敏有机硅感光体系固化膜的性能研究
• 5.1 接触角
• 5.2 吸水率
• 5.3 体积收缩率
• 5.4 耐化学药品性
• 5.5 固化膜的伸长率
• 5.6 固化膜的硬度
• 5.7 固化膜的附着力
• 5.8 固化膜的柔韧性
• 5.9 固化膜的热重分析
• 5.10 固化膜的玻璃转化温度
• 5.11 小结
• 第六章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 作者攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 导师及作者简介
• 北京化工大学硕士研究生学位论文答辩委员会决议书