水性UV固化含氟聚合物及涂料的制备及性能研究

摘要

本论文合成了水性UV固化体系的含氟丙烯酸酯共聚物及含氟聚氨酯丙烯酸酯低聚物，包括:(1)、水性UV固化含氟聚丙烯酸酯树脂的合成:以甲基丙烯酸十三氟辛酯、甲基丙烯酸、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸羟乙酯及2，4-二甲苯二异氰酸酯为原料反应制得;(2)、水性UV固化含氟聚氨酯的合成:以含甲基丙烯酸十三氟辛酯、乙二醇胺、N-甲基二乙醇胺、甲基丙烯酸羟乙酯及异佛尔酮二异氰酸酯为原料反应制得;(3)、对上述水性UV固化含氟聚合物的化学结构进行表征，并对固化膜性能进行了测试;探讨了原料用量、反应时间等合成工艺条件对聚合物性能及乳液稳定性的影响;研究了含氟聚合物涂膜的表面形貌及氟原子在其表面富集的现象，同时，还对固化涂膜的热性能及其他化学物理性能进行了研究。主要研究内容如下:
　　 以甲基丙烯酸十三氟辛酯、甲基丙烯酸、甲基丙烯酸羟乙酯、丙烯酸丁酯和2，4-二甲苯二异氰酸酯为原料反应制备了一种新型的水性UV固化含氟丙烯酸酯树脂。利用IR、PCS、DSC、SEM、TG、DTG等分析测试手段对树脂的结构、乳液粒径、涂膜的表面形貌和热性能进行表征及分析。PCS分析结果表明当甲基丙烯酸含量≥6％时，可以获得较小的乳液粒径和窄的粒径分布，同时可得到稳定的乳白色乳液;DSC和SEM研究表明在含氟丙烯酸酯涂膜的主体及表面出现了明显的相分离现象;采用接触角法测量了不同含氟量的含氟丙烯酸酯的光固化膜表面的润湿性能，结果显示，当氟含量增加到12％时，可将水和二碘甲烷在膜表面的接触角由69.2°和47.3°提高至111.2°和92.9°，固化膜的表面张力由42.8mN/m降低至15.9mN/m;利用XPS测定了固化膜表面元素组成，结果显示本体含氟含量为12％的固化膜表面氟元素含量超过了16％，表面氟原子在固化膜表面具有富集效应;热性能分析结果表明经过氟改性的聚合物都表现出了良好的热性能;其他的性能测试结果表明随着氟元素质量分数的增加，涂膜耐酸碱性及硬度都得到了明显的提高，而耐吸水率，附着力和耐冲击强度却有不同程度的下降。
　　 以甲基丙烯酸十三氟辛酯及二乙醇胺为单体，以迈克尔加成反应合成含氟二醇，然后再以其与聚四氢呋喃二醇、N-甲基二乙醇胺、异佛尔酮二异氰酸酯和甲基丙烯酸羟乙酯制备含氟聚氨酯，再经冰乙酸中和得到阳离子水性UV固化含氟聚氨酯乳液。利用FT-IR，H-NMR对含氟二醇分子结构进行了表征，同时利用FT-IR、DSC、SEM等分析测试手段对含氟聚氨酯分子结构，涂膜的表面形貌和涂膜表面元素分析。DSC和SEM结果表明在含氟聚氨酯的主体及表面出现了明显的相分离现象;采用接触角法测量了不同含氟量的含氟丙烯酸酯的光固化膜表面的润湿性能，结果显示，当氟含量增加到11％时，可将水和二碘甲烷在膜表面的接触角由75.2°和50.2°提高至113.5°和94.2°，固化膜的表面张力由40.4mN/m降低至15.6mN/m;利用XPS测定了固化膜表面元素组成，结果显示本体含氟含量为11％的固化膜表面氟元素含量超过了20.72％，表面氟原子在固化膜表面具有富集效应;其他的性能测试结果表明随着氟元素质量分数的增加，涂膜耐吸水率、耐酸碱性及硬度都得到了明显的提高，而附着力和耐冲击强度却有轻微下降。

目录

摘要

CONTENTS

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 含氟聚合物的结构与性能

1．2．1 端基型含氟聚合物

1．2．2 侧链型含氟聚合物

1．3 含氟聚合物研究进展

1．3．1 含氟聚氨酯

1．3．2 含氟丙烯酸酯

1．3．3 光固化含氟聚合物

1．4 含氟聚合物的表征

1．5 本论文的研究意义及内容

1．5．1 研究意义

1．5．2 研究内容

第二章 水性UV固化含氟丙烯酸酯的合成及性能研究

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 实验原料

2．2．2 原料处理

2．2．3 实验仪器

2．2．4 水性含氟丙烯酸酯共聚物的制备

2．2．5 乳液的制备

2．2．6 UV固化涂膜的制备

2．3 结果与讨论

2．3．1 红外光谱分析

2．3．2 MAA用量对乳液粒径的影响

2．3．3 MAA对固化膜性能的影响

2．3．4 固化膜表面形貌表征

2．3．5 固化膜表面接触角

2．3．6 固化膜表面元素分析

2．3．7 固化膜的热性能分析

2．3．8 含氟量对固化速率的影响

2．3．9 含氟量对固化膜性能的影响

2．4 本章小结

第三章 水性阳离子型UV固化含氟聚氨酯的制备与性能研究

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 实验原料

3．2．2 原料处理

3．2．3 实验仪器

3．2．4 含氟聚氨酯的制备

3．2．5 乳液的制备

3．2．6 固化膜的制备

3．3 结果与讨论

3．3．1 合成含氟二醇的最佳条件

3．3．2 N-DEA用量对乳液稳定性及涂膜性能影响

3．3．3 结构表征

3．3．4 固化膜表面形貌分析

3．3．5 固化膜表面接触角

3．3．6 固化膜表面元素分析

3．3．7 固化膜玻璃化温度分析

3．3．8 氟含量对固化速率的影响

3．3．9 氟含量对固化膜性能的影响

3．4 本章小结

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

声明

致谢