有机硅/氟改性聚氨酯多元醇水分散体的合成与性能

摘要

聚氨酯材料以其优异的物理机械性能、耐水性、耐溶剂性等优点在涂料工业中占有十分重要的地位。随着环保法规的不断健全，高性能、低VOC含量的水性涂料，特别是双组分水性聚氨酯涂料(2K-WPU)逐渐成为涂料产业的研究热点。2K-WPU主要由水性多元醇组分和多异氰酸酯固化剂组分组成。其中，水性多元醇组分主要包括聚酯多元醇、丙烯酸多元醇和聚氨酯多元醇。在配制2K-WPU时，羟基组分的选择直接决定着双组分固化涂膜的性能。其中，聚氨酯多元醇分散体具有较好的分散能力，与固化剂的相容配伍性好，且涂膜性能可通过调节氨基甲酸酯键的含量来调整，适用范围广，得到了涂料工作者的广泛关注。
　　第一章以水性涂料为引文引出了水性聚氨酯涂料的两种形式——单组分与双组分，重点介绍了单组分与双组分水性聚氨酯涂料的国内外研究进展以及双组分水性聚氨酯涂料的应用现状。
　　第二章以甲苯二异氰酸酯、聚醚二元醇、二羟甲基丙酸、三羟甲基丙烷等为主要原料制备端-NCO聚氨酯预聚体，以二乙醇胺为封端剂封端引入羟基，合成了聚氨酯多元醇水分散体，并与亲水改性多异氰酸酯固化剂混合配制双组分水性聚氨酯。采用红外光谱对聚氨酯多元醇的合成过程进行了表征。实验结果表明:当亲水扩链剂DMPA的质量分数为4％，交联剂TMP的质量分数为5％，封端剂DEA的质量分数为7％，双组分配比-NCO/-OH为1.4时，所得双组分水性聚氨酯胶膜的拉伸强度达13.4MPa，断裂伸长率达115％，涂膜的硬度、耐水性等性能最佳。
　　第三章以甲苯二异氰酸酯、聚醚多元醇、羟基硅油和二羟甲基丙酸等为主要原料，二乙醇胺为封端剂引入羟基，合成了羟基硅油改性聚氨酯多元醇水分散体。采用红外光谱、核磁共振氢谱对聚合物结构进行了表征，同时研究了羟基硅油含量对聚合物乳液的粒径、粘度、稳定性以及胶膜的耐水性、力学性能、热性能的影响。结果表明:随着羟基硅油含量的增加，乳液的粒径和水接触角增大，粘度降低，胶膜的拉伸强度和吸水率下降，断裂伸长率升高。当羟基硅油含量为5％时，胶膜的综合性能最佳，此时其乳液粒径为92.4nm，胶膜的水接触角为93°，拉伸强度为5.5MPa，断裂伸长率为621％，48h吸水率为7.6％。
　　第四章以甲苯二异氰酸酯、聚醚N220、二羟甲基丙酸、1，4-丁二醇合成了聚氨酯预聚体，然后用甲基丙烯酸羟乙酯(HEMA)封端部分-NCO，制备了双键封端的亲水性聚氨酯预聚体，分别以二乙醇胺(DEA)和甲基丙烯酸羟乙酯(HEMA)为封端剂引入羟基，自由基共聚引入有机氟，得到有机氟改性聚氨酯多元醇水分散体。研究了有机氟含量、羟基引入方式对分散体性能的影响。研究结果表明:有机氟的加入提高了聚氨酯多元醇水分散体的耐热性、耐水性以及物理机械性能;引入相同量的羟基时，DEA引入较HEMA共聚引入所得分散体粒径小，机械稳定性高;随着n(TDI)/n(HEMA)的增加，分散体粒径变化不大。

目录

声明

摘要

第一章 文献综述

1．1 前言

1．2 水性聚氨酯涂料

1．3 单组分水性聚氨酯涂料

1．3．1 交联改性

1．3．2 复合改性

1．4 双组分水性聚氨酯涂料

1．4．1 水性羟基组分

1．4．2 多异氰酸酯固化剂组分

1．5 双组分水性聚氨酯涂料的应用

1．5．1 木器涂料

1．5．2 汽车涂料

1．5．3 地坪涂料

1．5．3 塑料涂料

1．6 双组分水性聚氨酯涂料的主要缺陷

1．7 本论文的研究内容及创新之处

1．7．1 本论文的研究内容

1．7．2 本论文的创新之处

参考文献

第二章 聚氨酯多元醇水分散体的合成与性能

2．1 前言

2．2 实验部分

2．2．1 实验原料

2．2．2 实验仪器

2．2．3 双组分水性聚氨酯的合成

2．2．4 双组分水性聚氨酯固化反应原理

2．2．5 测试与表征

2．3 结果与讨论

2．3．1 FT-IR谱图分析

2．3．2 DMPA用量对体系性能的影响

2．3．3 TlVIP含量对体系性能的影响

2．3．4 DEA用量的影响

2．3．5 双组分配比的影响

2．3．6 热失重分析

2．4 结论

参考文献

第三章 羟基硅油改性聚氨酯多元醇水分散体的合成与性能

3．1 前言

3．2 实验部分

3．2．1 实验原料

3．2．2 实验仪器

3．2．3 实验过程

3．2．4 测试与表征

3．3 结果与讨论

3．3．1 聚氨酯多元醇结构分析

3．3．2 羟基硅油含量对体系性能的影响

3．3．3 羟基硅油含量对胶膜热性能的影响

3．4 结论

参考文献

第四章 有机氟改性聚氨酯多元醇水分散体的合成与性能

4．1 前言

4．2 实验部分

4．2．1 实验原料

4．2．2 实验仪器

4．2．3 实验过程

4．2．4 性能测试

4．3 结果与讨论

4．3．1 红外光谱分析

4．3．2 热重分析

4．3．3 有机氟含量对分散体胶膜性能的影响

4．3．4 HEMA用量对乳液涂膜性能的影响

4．3．5 不同羟基引入方式对分散体乳液性能的影响

4．4 本章小结

参考文献

第五章 结论

致谢

攻读学位期间发表的学术论文