基于BTEA的可UV固化水性聚氨酯合成与性能研究

论文摘要

近年来,由于环保法规对挥发性有机化合物（VOC）的限制,水性聚氨酯正逐步取代溶剂型聚氨酯,在涂料、黏合剂、织物涂饰剂等领域得到广泛应用。然而,由于常规水性聚氨酯为线性结构,并且分子链中含有亲水基团,它的许多性能如耐水性、耐溶剂性和机械性能等并不理想,这大大的限制了它的进一步应用。由于具有“5E”特征即高效、节能、环保、经济、万能性等特点,紫外光（ultraviolate, UV）固化技术得到迅速发展。UV固化树脂由于具有较高的交联密度而具有较高的硬度,较好的耐水耐溶剂性以及良好的机械性能。UV固化水性聚氨酯材料由于结合了水性聚氨酯与UV技术两者的优点,不仅具有环保优势,而且固化速度快、节省能源、涂膜性能优良等优点。常规的UV固化水性聚氨酯一般是用含有单羟基的丙烯酸类化合物对聚氨酯预聚体进行封端。然而这样造成一个问题,即所合成树脂的双键含量和分子量无法同时提高,造成固化后树脂性能有所缺陷。目前可以通过合成含有双键的二元醇作为扩链剂引入聚氨酯主链中,可以有效的解决这一问题。但是,目前合成含双键二元醇的工艺较复杂,反应条件稍苛刻,限制了它的进一步应用。本论文采用较为温和的氨酯化反应,合成了一种含有双键的二元醇单体2-（3-（（（2,2-二羟甲基）丁氧基）酰胺基）甲基）-3,5,5-三甲基环己基氨基甲酰基氧)丙烯酸乙酯（BTEA）,并以此单体为扩链剂在聚氨酯的侧基引入可UV固化的丙烯酸酯双键,合成了双键含量可调的可UV固化水性聚氨酯分散体。对所合成乳液的性能进行了测试,研究了不同双键含量对乳液性能的影响。对干燥后涂膜的光固化动力学进行了研究。同时对固化后涂膜的性能如耐水性,耐溶剂性和力学性能等进行了研究。1.采用氨酯化反应合成了含有丙烯酸双键的二元醇单体即BTEA,采用傅立叶变换红外光谱（FTIR）和核磁共振氢谱（1H-NMR）对BTEA的结构进行表征鉴定。同时研究了催化剂、反应温度、反应时间和投料比对产物的影响。2.采用合成出的BTEA作为扩链剂在聚氨酯的侧基引入可UV固化的丙烯酸双键,合成了UV固化水性聚氨酯分散体。通过控制BTEA/BDO比例得到不同双键含量的可UV固化水性聚氨酯树脂,研究了所合成乳液的乳液性能如粒径和粘度,对涂膜的UV光固化过程进行了研究,同时对双键含量对固化后涂膜的耐水性、耐溶剂性、耐化学品性和力学性能进行研究。3.利用合成出的BTEA和另外一种含双键二元醇（TMPME）作为扩链剂,分别合成了两种双键含量相同的可UV固化水性聚氨酯乳液。对两种乳液的性能进行了测试,并对不同结构的扩链剂对最终合成的树脂的光固化动力学的影响进行了研究。同时对两种固化后树脂的耐溶剂性、耐化学品性和力学性能进行了比较。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 水性聚氨酯概述
• 1.1.1 水性聚氨酯简介
• 1.1.2 水性聚氨酯材料存在的问题
• 1.2 紫外光固化体系概述
• 1.2.1 紫外光固化体系简介
• 1.2.2 紫外光固化体系存在的问题
• 1.3 紫外光固化水性聚氨酯材料概述
• 1.3.1 紫外光固化水性聚氨酯简介
• 1.3.2 紫外光固化水性聚氨酯的研究进展和存在的问题
• 1.4 本论文的研究背景与研究内容
• 参考文献
• 第二章 含双键二元醇BTEA的合成与表征
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 主要原料
• 2.2.2 氨酯化反应
• 2.2.3 产物异氰酸酯含量测定
• 2.2.4 表征与测试
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 产物异氰酸根含量的分析
• 2.3.2 产物的红外光谱分析
• 2.3.3 产物的核磁表征
• 2.3.4 各种反应条件对氨酯化反应的影响
• 2.4 本章小结
• 参考文献
• 第三章 基于BTEA可UV固化水性聚氨酯的合成与性能研究
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 主要原料
• 3.2.2 可UV固化丙烯酸酯改性水性聚氨酯的设计与合成
• 3.2.3 固化膜的制备
• 3.2.4 表征与测试
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 结构表征
• 3.3.2 乳液性能表征
• 3.3.3 UV光固化动力学
• 3.3.4 凝胶含量
• 3.3.5 耐水性
• 3.3.6 耐溶剂性和耐化学品性
• 3.3.7 力学性能研究
• 3.4 本章小结
• 参考文献
• 第四章 不同含双键二元醇品种对可UV固化聚氨酯的性能影响
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 原料
• 4.2.2 可 UV 固化含双键二元醇水性聚氨酯的设计与合成
• 4.2.3 固化膜的制备
• 4.2.4 表征与测试
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 红外光谱分析
• 4.3.2 乳液性能表征
• 4.3.3 UV光固化过程的研究
• 4.3.4 凝胶含量
• 4.3.5 耐水性和耐化学品性
• 4.3.6 耐溶剂性和柔韧性
• 4.3.7 固化前后胶膜拉伸强度、断裂伸长率和摆杆硬度
• 4.4 本章小结
• 参考文献
• 结论
• 致谢
• 硕士期间发表的学术论文与取得的研究成果