含氟改性聚氨酯乳液及自分层涂料的制备及性能评价

摘要

随着科技的高速发展，人类在建筑、汽车、航天航空、远洋舰船等领域取得了长足的进步，也对涂料的表面性能、附着力、耐候性及防腐蚀长效性等方面提出了更严格的要求。传统涂料均匀成膜，为达到要求需要多道涂装，层间附着力难以保证，综合性能也不突出且成本较高。自分层涂料是两种或两种以上聚合物(树脂)混合在一起，形成较为稳定的涂料。在成膜过程中，树脂由于受相容性或者溶剂溶解力等方面因素影响发生相分离，最终形成表里不一的涂层。施工简单，层间附着力好，通过改性综合性能能满足现代工业日益苛刻的要求。
　　 本课题通过氟化丙烯酸树脂与水性聚氨酯的共聚，将含氟链段引入聚氨酯大分子中，合成出了含氟聚氨酯乳液。通过对反应时间、温度、中和度、亲水剂、引发剂用量、氟组分含量等因素的考察优化了合成工艺，通过接触角、红外光谱检测证明了本实验成功的将氟组分引入到聚氨酯大分子中。再与水性环氧树脂共混制备了一种氟化聚氨酯-环氧树脂共混乳液。通过对共混乳胶膜耐磨性、附着力、接触角、红外光谱X-射线光电子能谱(XPS)检测，优化了共混工艺并证明了在共混乳液成膜过程中，不同组分在表面能梯度张力作用下各自迁移，赋予了涂膜良好的表面性能和附着力。本文主要内容和结论如下：
　　 1.研究了合成氟化聚氨酯乳液的工艺条件及参数。通过对合成乳液的凝胶率、耐水性、接触角等性能的考察，确定了最佳反应条件为：亲水剂二羟甲基丙酸(DMPA)用量为6％wt，中和度为100％，引发剂选用偶氮二异丁氰(AIBN)，用量为1.2％，在80℃的温度下反应4小时。
　　 2.研究了氟化聚氨酯-环氧树脂乳液的共混工艺条件及参数。通过对共混乳胶膜透光率、附着力、耐磨性、耐水性及接触角的测试，确定了最佳共混工艺为：选择浙江安邦公司的ER-AB-20环氧树脂，搅拌速率为1100rpm，加入NMP调节水的25℃下饱和蒸汽压为0.6337MPa，含氟量在15％，制模温度控制在45℃时，可得到表面性能优异的乳胶膜。
　　 3.通过对乳胶膜的红外光谱和XPS的检测，证明了共混制得的乳胶膜具有一种含氟组分富集、过渡层含氟聚氨酯和环氧树脂弱键结合、底层环氧树脂富集的梯度分布的结构。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 自分层涂料简述

1.1.1 涂料自分层机理的理论预测

1.1.2 涂料的设计原则及涂膜的检测方法

1.1.3 应用领域

1.2 水性聚氨酯

1.2.1 水性聚氯酯概述

1.2.2 水性聚氨酯的结构特点

1.2.3 水性聚氨酯的发展现状

1.2.4 水性聚氨酯的发展趋势

1.3 含氟改性水性聚氨酯及在自分层涂料中的运用

1.4 课题的研究内容及意义

第2章 含氟改性水性聚氨酯的合成与性能评价

2.1 实验原理

2.2 水性聚氨酯的配方设计计算原理

2.3 实验部分

2.3.1 实验原料

2.3.2 实验仪器

2.3.3 实验样品的制备

2.3.4 实验样品性能测试

2.4 反应工艺优化

2.4.1 DMPA含量对乳液的影响

2.4.2 中和度对WPU乳液粒径、粘度的影响

2.4.3 反应温度的确定

2.4.4 反应时间的影响

2.4.5 不同引发剂体系对乳液性能的影响

2.4.6 引发剂用量对乳液聚合的影响

2.4.7 平衡溶胀乳液聚合机理的探讨

2.5 实验结果分析

2.5.1 红外图谱分析

2.5.2 氟单体含量对胶膜力学性能的影响

2.5.3 氟单体含量对胶膜吸水率的影响

2.5.4 氟单体含量对胶膜材料接触角的影响

第3章 自制含氟PU与水性环氧树脂共混乳液的制备以及自分层效果评价

3.1 实验原理

3.2 实验部分

3.2.1 实验原料

3.2.2 实验仪器

3.2.3 实验步骤

3.2.4 实验样品性能测试

3.3 反应工艺优化及实验结果分析

3.3.1 环氧树脂的筛选

3.3.2 搅拌速率的影响

3.3.3 共溶剂挥发速率对共混乳液的影响

3.3.4 聚氨酯含氟量对共混乳液的影响

3.3.5 成膜温度对共混乳液的影响

3.3.6 共混树脂乳胶膜的红外光谱分析

3.3.7 共混树脂乳胶膜的自分层效果分析

3.4 本章小结

第4章 小结

参考文献

致谢