无溶剂脂肪族聚氨酯弹性涂料的制备与性能研究

摘要

本论文针对桥梁大坝及海洋防腐等领域对聚氨酯弹性涂料机械强度、抗老化、耐腐蚀等性能的要求，结合环保与节能减排的发展趋势，研制高性能无溶剂聚氨酯弹性涂料。
　　试验研究了不同原料及反应条件对预聚体性能的影响。结果表明，4,4′-二环己基甲烷二异氰酸酯（HMDI）与二元醇需使用催化剂才能正常反应。二元醇与含催化剂HMDI的反应活性以及相应预聚体粘度的大小均为：聚己内酯二元醇（PCL）1000型＞聚四氢呋喃醚二元醇（PTMG）1000型＞聚氧化丙烯二元醇（PPG）1000型。预聚最佳温度为（80±3）℃，PTMG1000、PCL1000的最佳时间是2h～2.5h， PPG1000的最佳时间是3h～3.5h。预聚体粘度随异氰酸酯组分用量增加而下降。
　　聚氨酯弹性体性能与分子结构关系的单因素考察试验证实，PPG型聚氨酯弹性体较软，PTMG型偏硬，PCL型综合拉伸性能优良。预聚体异氰酸酯（-NCO）含量增加，弹性体断裂伸长率下降，强度先增加后下降；交联剂（SGN）用量提升，强度及硬度先上升后降低，断裂伸长率逐渐下降；聚天门冬氨酸酯的取代基分子结构空间位阻越小，扩链反应速度越快，对应弹性体的拉伸强度小。预聚体-NCO含量为8.5％，SGN用量为0.3%，扩链剂为F420时，弹性涂层综合性能良好。
　　本文研制的聚氨酯弹性涂料固体含量高达95.8%，双组分涂料操作时间及干燥时间适宜。固化后的涂层柔韧性及耐冲击性能优良，涂层与 Q235钢基材附着力为12.3MPa。2000h盐雾及30d介质浸泡试验后，涂层无起泡和脱落等破坏现象，钢基材表面未出现锈蚀；介质浸泡30d，涂层与基材附着力及涂层自身拉伸强度下降率不超过10%。制备的聚氨酯弹性涂层长效防腐蚀性能优良。
　　试验测试了不同类型聚氨酯弹性体的抗紫外老化性能。紫外500h后，脂肪族HMDI-PTMG1000型弹性涂层无粉化和开裂等现象，光泽度下降率为8.11%，色差变化值△E仅为1.57，涂层拉伸强度下降8.55%，断裂伸长率下降10.71%；芳香族MDI-PTMG1000型弹性涂层由无色透明变为暗黄褐色，光泽度下降率为59.43%，色差变化值△E为7.01，拉伸强度下降率为9.83%，断裂伸长率下降率为12.47%。不同老化时间聚氨酯的红外谱图表明，紫外光作用下聚氨酯分子中脲基结构容易降解，氨基甲酸酯结构耐紫外光稳定性能良好。

目录

声明

第一章 绪 论

1.1论文研究背景及意义

1.2聚氨酯弹性涂料简介

1.3聚氨酯弹性涂料国内外研究进展

1.4本论文主要研究内容

第二章 试验内容及方法

2.1试验仪器与原材料

2.2试验方案设计及试验流程

2.3弹性涂层性能测试

2.4傅里叶红外光谱（FTIR）测试

第三章 聚氨酯预聚体合成及影响因素研究

3.1聚氨酯预聚体的反应原理

3.2试验原料筛选

3.3预聚反应设计原则

3.4结果与讨论

3.5本章小结

第四章 聚氨酯弹性体制备及性能研究

4.1聚氨酯弹性体的固化反应原理及形态结构

4.2聚氨酯弹性体的制备工艺

4.3结果与讨论

4.4本章小结

第五章 聚氨酯涂料及弹性涂层性能研究

5.1聚氨酯弹性涂层的制备

5.2结果与讨论

5.3 本章小结

第六章 论文主要成果、结论与展望

6.1 论文主要成果和结论

6.2 研究展望

参考文献

致谢

附录：攻读硕士学位期间主要工作及发表的文章