紫外光固化聚氨酯丙烯酸酯的制备及性能研究

论文摘要

聚氨酯丙烯酸酯综合了聚氨酯树脂和丙烯酸酯树脂的优良性能,并可以通过调整分子结构和官能度,从而得到不同性能的预聚物以适应不同的需要。本文通过本体法合成了聚氨酯丙烯酸酯树脂,并研究了其紫外光固化工艺。以IPDI、PETA、PPG为原料,用两步法合成了聚氨酯丙烯酸酯预聚物,研究了反应条件对合成过程的影响,得到了优化的工艺条件:质量分数0.1%的催化剂、质量分数0.05%的阻聚剂,第一步反应温度为55℃,反应时间为3小时,第二步反应温度为65℃,反应时间为6小时,体系中-NCO含量<0.5%。利用红外光谱和凝胶渗透色谱表征,确定了预聚物的结构和分子量,结果表明合成了预期结构的预聚物。通过对预聚物的热性能测试发现,PUA树脂的玻璃化温度为-36℃,PUA树脂的热降解始于180℃。从分子结构和工艺条件方面探讨了影响PUA树脂粘度的因素。不同的合成路线和投料方式会影响树脂的分子结构,导致粘度也不相同,用路线2和滴加投料方式得到了粘度较低的树脂。研究了PPG分子量及原料投料比对树脂粘度的影响,PPG的分子量越大,预聚物分子的聚合度越大,PUA树脂的粘度越高。研究了PUA树脂的紫外光固化工艺,发现使用1173/184复配体系引发效率更高,缩短了固化时间;收缩性较小的活性稀释剂有利于提高固化膜的附着力;采用叔胺助引发剂,乙二硫醇改性PUA树脂,大大缩短固化时间,改善固化效果。通过对涂料固化膜的多种主要性能参数的分析,得到优化涂料配方:质量分数60%的PUA树脂、5%的活性稀释剂BA、10%的活性稀释剂HDDA、15%的活性稀释剂TMPTA、2%的光引发剂1173、3%的光引发剂184、3%的助引发剂EDAB、2%的抗氧剂乙二硫醇。紫外光固化实验结果:固化时间为27s,附着力等级为1级,硬度为6H,拉伸强度为4.43MPa,耐化学药品性优良。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 选题背景
• 1.2 UV 固化涂料的组成
• 1.2.1 预聚物
• 1.2.2 光引发剂
• 1.2.3 活性稀释剂
• 1.2.4 助剂
• 1.3 PUA 的合成原料
• 1.3.1 多异氰酸酯
• 1.3.2 丙烯酸羟基酯
• 1.3.3 长链二醇
• 1.4 PUA 的合成机理
• 1.4.1 异氰酸酯的反应机理
• 1.4.2 异氰酸酯与活泼氢化合物的反应
• 1.4.3 催化剂存在下的反应机理
• 1.5 PUA 的合成方法
• 1.5.1 合成方法
• 1.5.2 合成路线
• 1.6 本论文研究思路
• 第二章 PUA 预聚物的合成及性能研究
• 2.1 实验部分
• 2.1.1 实验原料
• 2.1.2 PUA 预聚物的制备
• 2.1.3 测试方法
• 2.2 PUA 预聚物的合成
• 2.2.1 合成路线的研究
• 2.2.2 原料投料比的研究
• 2.2.3 原料PPG 分子量的影响研究
• 2.2.4 反应温度和时间的选择研究
• 2.2.5 催化剂用量的研究
• 2.2.6 阻聚剂用量的研究
• 2.3 影响PUA 粘度的因素
• 2.3.1 合成路线的影响
• 2.3.2 投料方式的影响
• 2.3.3 投料比的影响
• 2.3.4 PPG 分子量的影响
• 2.4 PUA 预聚物结构表征及分析
• 2.4.1 PUA 预聚物的红外分析
• 2.4.2 PUA 预聚物的GPC 分析
• 2.4.3 PUA 预聚物的热性能分析
• 2.5 本章小结
• 第三章 UV 固化PUA 及性能研究
• 3.1 实验部分
• 3.1.1 实验原料
• 3.1.2 实验装置
• 3.1.3 涂料的配方
• 3.1.4 实验步骤
• 3.1.5 涂布工艺
• 3.1.6 性能测试
• 3.2 PUA 固化膜结构表征及分析
• 3.2.1 PUA 固化膜的红外分析
• 3.2.2 PUA 固化膜的热性能分析
• 3.3 固化速率的研究
• 3.3.1 光引发剂的影响
• 3.3.2 活性稀释剂的影响
• 3.3.3 涂膜厚度的影响
• 3.3.4 温度的影响
• 3.3.5 光源的影响
• 3.4 UV 固化PUA 抗氧方法
• 3.4.1 物理抗氧
• 3.4.2 化学抗氧
• 3.5 固化膜性能分析
• 3.5.1 附着力
• 3.5.2 硬度
• 3.5.3 拉伸强度
• 3.5.4 耐化学药品性
• 3.6 本章小结
• 第四章 结论
• 参考文献
• 已发表的文章
• 致谢