环境友好型水性涂料的制备与研究

论文摘要

水性涂料是以水为溶剂的一类环境友好型涂料产品,其安全无毒、节约资源、保护环境等优点是溶剂型涂料不可比拟的,特别是近年来原油价格上涨,导致各地油性涂料价格被迫提升,在一定程度上推动了水性涂料的发展,使其逐渐取代了溶剂型涂料。本文主要工作分为两个部分：第一部分是水性双组分聚氨酯涂料,第二部分是水性带锈防锈涂料,主要做了以下几个方面的研究：（1）将几种环境友好的催化剂应用于制备双组分水性聚氨酯涂料。用傅里叶红外光谱（FTIR）比较了不同催化剂对涂膜中异氰酸根（NCO）和羟基（OH）及水反应的影响,并通过涂膜的电化学极化曲线和涂膜性能的变化筛选出了在本体系中有较强催化作用的有机铋/锌复合催化剂；采用NCO滴定法对有机铋/锌复合催化剂在水性双组分聚氨酯体系中的动力学进行了研究,结果表明：有机铋/锌复合催化剂能有效地降低NCO与OH反应的活化能,促进涂膜交联,增强涂膜的耐蚀性,其用量约0.25%时有较好的适用期和表干时间。（2）先采用间苯二甲酸-5-磺酸钠（5一SSIPA）与新戊二醇（NPG）反应制得聚酯中间体,再将一定量的聚酯中间体与多元羧酸和多元醇进行反应,同时引入叔碳酸缩水甘油酯（E10P）,制备了聚酯多元醇水分散体。用FTIR和激光粒度分析仪对产物结构及其稳定性进行了表征；考察了5-SSIPA/NPG对聚酯中间体的影响及合成工艺、催化剂、聚酯中间体用量、E10P对反应体系的影响。结果表明,选择合适的合成工艺或加入催化剂可明显缩短反应时间；聚酯中间体用量约为单体总量的12%时,得到的产物稳定性较好；叔碳酸缩水甘油酯的引入能有效降低树脂的粘度、减小水分散体粒径,并提高涂膜最终的耐酸、耐碱及耐水性能。（3）采用没食子酸（GA）和顺丁烯二酸酐（MA）合成一种水溶性转锈剂。并采用凝胶渗透色谱（GPC）.FTIR.扫描电子显微镜（SEM）、X射线能谱仪（EDX）和X射线光电子能谱（XPS）对产物进行表征。结果表明,没食子酸与顺丁烯二酸酐最佳比值为1.6：1；MA分子中的-HC=CH-结构和GA分子的多酚羟基结构都存在于转锈剂的大分子链上；转锈剂中的多酚羟基结构可与铁锈反应形成C-O-Fe键,并在钢铁表面形成一层均匀的保护膜。（4）合成一种丙烯酸改性水性醇酸分散液,并将自行合成的含有活性基团的转锈剂通过两种不同的方式加入该分散液中,制备成具有带锈转锈功能的高分子乳液。通过附着力测试和电化学测试方法比较涂膜的性能确定了制备带锈防锈乳液的最佳路线及制备过程中转锈剂的用量。结果表明：采用方法二制备的乳液涂膜耐蚀性和附着力较好。转锈剂的添加量在2.6%～3.5%之间时,得到的乳液较稳定,转锈功能也较明显。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 水性双组分聚氨酯涂料
• 1.1.1 水性双组分聚氨酯涂料概述
• 1.1.2 水性双组分聚氨酯涂料的发展现状
• 1.1.3 水性双组分聚氨酯涂料的发展前景
• 1.1.4 本文研究内容
• 1.2 水性带锈防锈涂料
• 1.2.1 水性带锈防锈涂料概述
• 1.2.2 水性带锈防锈涂料的发展现状
• 1.2.3 水性带锈防锈涂料的发展前景
• 1.2.4 本文研究内容
• 第2章 催化剂对水性双组分聚氨酯涂料的成膜及性能的影响
• 2.1 前言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 实验药品和仪器
• 2.2.2 实验方法
• 2.2.3 测试方法
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 双组分聚氨酯涂膜的红外光谱图
• 2.3.2 不同催化剂对水性双组分聚氨酯涂膜性能的影响
• 2.3.3 双组分聚氨酯涂膜的电化学性能
• 2.3.4 双组分聚氨酯的动力学研究
• 2.3.5 水性双组分聚氨酯涂料中有机铋/锌催化剂用量的确定
• 2.4 本章结论
• 第3章 新型聚酯多元醇水分散体的制备
• 3.1 前言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 实验药品和仪器
• 3.2.2 合成工艺
• 3.2.3 配漆工艺
• 3.2.4 性能测试
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 NPG/5-SSIPA值对聚酯中间体的影响
• 3.3.2 聚酯中间体与5-SSIPA对树脂分散性及稳定性的影响
• 3.3.3 聚酯多元醇合成工艺对反应速率及水分散体稳定性的影响
• 3.3.4 催化剂对反应速率的影响
• 3.3.5 红外光谱表征
• 3.3.6 聚酯中间体用量对水分散体的影响
• 3.3.7 叔碳酸缩水甘油酯的影响
• 3.4 本章结论
• 第4章 新型转锈剂的制备及其转锈效果和机理的研究
• 4.1 前言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 实验药品和仪器
• 4.2.2 实验方法
• 4.2.3 测试方法
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 没食子酸与顺丁烯二酸酐比值（n值）的确定
• 4.3.2 转锈剂的结构分析
• 4.3.3 转锈剂的转锈效果分析
• 4.3.4 转锈剂的转锈机理分析
• 4.4 本章结论
• 第5章 水性带锈转锈高分子乳液的制备
• 5.1 前言
• 5.2 实验部分
• 5.2.1 主要原料
• 5.2.2 实验方法
• 5.2.3 性能测试
• 5.3 结果与讨论
• 5.3.1 丙烯酸改性水性醇酸分散液的配方
• 5.3.2 丙烯酸改性水性醇酸分散液主要技术性能
• 5.3.3 水性带锈转锈乳液的制备路线的确定
• 5.3.4 涂膜的电化学阻抗谱
• 5.3.5 转锈剂用量的影响
• 5.4 本章结论
• 结论
• 参考文献
• 附录A 攻读学位期间所发表的学术论文
• 致谢