丙烯酸改性水性聚氨酯的制备及其应用

论文题目: 丙烯酸改性水性聚氨酯的制备及其应用

论文类型: 硕士论文

论文专业: 高分子材料

作者: 施永建

导师: 赵石林

关键词: 水性聚氨酯,丙烯酸改性水性聚氨酯,耐水性,纳米复合涂料,工业化设计

文献来源: 南京工业大学

发表年度: 2005

论文摘要: 近年来，随着人们对清洁生产方式、环境友好材料的重视，降低涂料中的VOC（volatile organic compounds）排放量的呼声持续高涨。这些促进了水性聚氨酯涂料等以水为溶剂的产品迅速发展。要想获得与溶剂型产品性能相当的水性聚氨酯涂料，水性聚氨酯乳液的制备是关键。 本文以甲苯2，4—二异氰酸酯（TDI）、聚己二酸1，4—丁二醇酯二醇、DMPA以及三乙胺为原料，采用丙酮法合成了固含量为35％的水性聚氨酯（PU）乳液。考察了水性PU结构中异氰酸根和羟基的摩尔比R(NNCO／YOH)和羧基含量对PU性能的影响。结果表明R值增加，水性PU胶膜硬度增加，耐水性提高；羧基含量增加，水性PU的稳定性好，但胶膜的耐水性下降。 本文还以丙烯酸β—羟乙酯（HEA）和甲基丙烯酸甲酯（MMA）为原料，采用共聚法合成了改性水性聚氨酯乳液（PUA），研究了引发剂、MMA和DMPA不同用量对转化率、耐水性等性能的影响。结果表明引发剂用量增至固体份的3‰时，聚合物的转化率达到最大：甲基丙烯酸甲酯含量的增加，提高了胶膜的硬度；随着DMPA含量的增加，树脂胶膜的吸水率明显增加。还采用红外光谱法分析了水性PU和水性PUA的结构：水性PU和水性PUA结构中均存在氢键：在水性PUA中聚氨酯和丙烯酸酯分子链之间形成化学键，提高两者相容性和共混程度。 我们利用加入外交联剂的方法进一步改善了树脂性能；水性PUA中加入一定量的氮丙啶类外交联剂，可以提高胶膜的强度和附着力；同时降低了胶膜的吸水率，提高了耐水性。 利用水性PUA和纳米氧化锡锑（ATO）水性浆料复配制备纳米改性水性聚氨酯涂料，成功制备了环保型纳米隔热复合涂料。该透明隔热涂料，具有良好的市场和应用前景。本文还对水性聚氨酯纳米复合涂料工业化生产进行了初步设计，重点设计了水性PUA的工业化生产。

论文目录:

摘要

ABSTRACT

第一章 文献综述

1.1 水性聚氨酯树脂简介

1.1.1 水性聚氨酯的制备

1.1.1.1 原料

1.1.1.2 制备方法

1.1.1.3 预聚体的乳化过程

1.1.1.4 聚氨酯水乳液的稳定机理

1.1.2 水性聚氨酯的结构和性能

1.1.2.1 软段对性能的影响

1.1.2.2 硬段对性能的影响

1.2 聚丙烯酸酯改性水性聚氨酯的研究

1.2.1 PU和PA的直接掺混

1.2.2 PU和PA的复合乳液共聚

1.2.2.1 不饱和单体法

1.2.2.2 不饱和化合物封端法

1.2.3 PU和PA的接枝共聚法

1.2.3.1 PU与PA的共混交联法

1.2.3.2 PU与PA的双预聚体法

1.2.3.3 PU膜表面与PA的接枝

1.2.4 PU和PA的互穿网络法

1.2.5 PU和PA的核壳聚合法

1.3 水性聚氨酯的交联改性

1.3.1 增加三官能度组分改性

1.3.2 外交联(或双组分交联)

1.3.3 自交联

1.4 水性聚氨酯发展趋势

1.5 本文研究的目的

参考文献

第二章 水性聚氨酯的合成及表征

2.1 前言

2.2 实验部分

2.2.1 原料

2.2.2 主要仪器及设备

2.2.3 实验步骤

2.2.3.1 原料预处理

2.2.3.2 水性聚氨酯(PU)的制备

2.2.3.3 实验原料配比

2.3 性能测试及表征

2.3.1 乳液胶膜的制备

2.3.2 胶膜吸水性试验

2.3.3 红外光谱的测试

2.3.4 乳液粘度的测定

2.3.5 乳液固含量的测定

2.3.6 乳液稳定性测试

2.3.7 胶膜硬度测试

2.4 结果与讨论

2.4.1 反应原理

2.4.2 羧基含量对水性PU粘度的影响

2.4.3 羧基含量和R值对水性PU耐水性影响

2.4.3.1 R值对吸水率的影响

2.4.3.2 羧基含量对吸水率的影响

2.4.4 R值对水性PU胶膜硬度的影响

2.4.5 水性PU乳液的结构分析

2.5 结论

参考文献

第三章 丙烯酸改性水性聚氨酯乳液的合成及表征

3.1 前言

3.2 实验部分

3.2.1 原料

3.2.2 主要仪器及设备

3.2.3 实验步骤

3.2.3.1 原料预处理

3.2.3.2 改性水性聚氨酯(PUA)的制备

3.2.4 性能测试及表征

3.2.4.1 水性PUA乳液PH值测定

3.2.4.2 胶膜附着力的测定

3.2.4.3 水性PUA转化率的表征

3.4 结果与讨论

3.4.1 反应原理

3.4.2 引发剂最佳用量确定

3.4.3 中和度对水性PUA稳定性和吸水率的影响

3.4.4 二羟甲基丙酸(DMPA)含量对聚氨酯乳液粘度的影响

3.4.5 MMA用量对水性PUA粘度和吸水率的影响

3.4.6 多元醇类型对吸水率的影响

3.4.7 双组分水性聚氨酯乳液的制备

3.4.8 水性PUA乳液体系粒径及粒径分布

3.4.9 水性PUA乳液的红外谱图分析

3.4.10 水性PUA与水性PU、和共混型PU/PA的红外谱图比较

3.5 水性PUA乳液的性能测试

3.6 结论

参考文献

第四章 水性聚氨酯的应用及其工业化生产设计

4.1 前言

4.2 水性PUA在纳米涂料中的应用

4.2.1 原料

4.2.2 主要仪器与设备

4.2.3 水性聚氨酯纳米复合涂料的制备

4.2.4 涂层的制备

4.2.5 测试与表征

4.2.5.1 光学性能测试

4.2.5.2 隔热性能测试

4.2.6 结果与讨论

4.2.6.1 水性PUA涂料流变性研究

4.2.6.2 纳米隔热涂料的性能测试

4.3 纳米隔热涂料生产流程设计

4.3.1 生产原料

4.3.2 主要仪器及设备

4.3.3 生产流程示意图

4.3.4 薄膜蒸发器示意图及原理

4.3.5 反应釜的设计

4.3.6 生产流程和工艺

4.4 结论

参考文献

第五章 结论与展望

5.1 本文主要结论

5.2 本文研究内容展望

成果

致谢

发布时间: 2007-03-23

参考文献

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