光固化水性氨酯改性丙烯酸涂料的合成、性能及应用研究

摘要

紫外光固化水性涂料因环保、节能和高效的特点而受到了广泛的关注，并且已应用到实际生产中。但光固化水性涂料常常因交联程度低导致涂层的综合性能不佳，使其应用受到限制。本文对丙烯酸酯类功能性共聚物的侧基接枝含双键的光固化单体以制备高双键含量的光固化水性树脂，以及对此光固化材料的性能进行研究。　　以丙烯酸(AA)、甲基丙烯酸甲酯(MMA)、丙烯酸正丁酯(BA)和丙烯酸羟乙酯(HEA)为单体，以丙酮为溶剂，进行自由基共聚，得到一系列组成不同、含有羟基和羧基的功能预聚物。采用差示扫描量热法(DSC)测试了各功能预聚物的玻璃化转变温度(Tg)，当AA、MMA、BA和HEA的质量比为1∶3∶6∶6时,功能预聚物的Tg为20.8℃。此预聚物中和水化后，自乳化性能良好。采用傅里叶变换红外光谱(FTIR)对此功能预聚物进行红外光谱表征，采用凝胶渗透色谱(GPC)测得了此功能预聚物的数均分子量为9894g·mol-1。并将此功能预聚物用到后续接枝和应用研究。　　以异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)和HEA为原料，在二月桂酸二丁基锡(DBTDL)的催化下，合成了IPDI-HEA的半加成物。通过对反应过程中的异氰酸酯值进行滴定，得到了反应程度与反应时间的曲线，并采用FTIR对产物进行表征。将不同量的光固化单体IPDI-HEA半加成物接枝到已选定的功能预聚物上，得到接枝率从10%到90%的光固化氨酯改性丙烯酸树脂，并采用FTIR和GPC对接枝产物的结构和分子量进行表征。接枝产物经中和、水化和除去丙酮溶剂后得到光固化水性氨酯改性丙烯酸乳液。对此乳液进行了粒径和Zeta电位测试和分析和稳定性观察，结果表明乳液的稳定性随着接枝程度的增加而降低。　　往光固化水性氨酯改性丙烯酸乳液中加入光引发剂，混匀、烘干、紫外光固化后得到了不同双键含量的固化膜和固化涂层。采用DSC和热失重(TG)对固化膜进行了热性能测试和分析、采用电子拉伸机对固化膜进行了力学性能测试。而对光固化涂层进行了铅笔硬度、附着力和耐盐水性测试，采用电化学阻抗法对涂层的耐腐蚀性能进行了测试、原子力显微镜对涂层的表面形貌进行了观察。实验结果表明接枝率为70%的光固化水性树脂在固化后具有最好的使用性能。

目录

声明

第1章 绪 论

1.1紫外光固化技术和涂料

1.1.1紫外光固化技术的原理

1.1.2紫外光固化涂料研究进展

1.2水性涂料成膜机理及研究进展

1.2.1涂料成膜机理

1.2.2 水性涂料研究进展

1.3紫外光固化水性涂料研究进展

1.4自由基聚合概述

1.5本课题研究意义和研究内容

1.5.1研究意义

1.5.2本文主要研究内容

第2章 丙烯酸功能预聚物的合成

2.1引言

2.2实验部分

2.2.1实验原料

2.2.2实验仪器

2.2.3丙烯酸功能预聚物的合成

2.2.4测试与表征

2.3结果与讨论

2.3.1共聚反应条件的确定

2.3.2丙烯酸预聚物的组成对玻璃化转变温度的影响

2.3.3羧基含量对预聚物亲水性的影响

2.3.3傅里叶变换红外分析

2.3.4分子量分析

2.4本章小结

第3章 紫外光固化水性氨酯改性丙烯酸树脂的合成

3.1引言

3.2实验部分

3.2.1实验原料

3.2.2实验仪器

3.2.3 IPDI-HEA半加成物的合成

3.2.4光固化氨酯改性丙烯酸树脂的合成

3.2.5光固化水性氨酯改性丙烯酸乳液的制备

3.2.6分析测试与表征

3.3结果与讨论

3.3.1光固化单体合成反应分析

3.3.2傅里叶变换红外分析

3.3.3光固化树脂分子量分析

3.3.4乳液粒径分析

3.3.5乳液Zeta电位分析

3.3.6光固化水性氨酯改性丙烯酸酯的储存稳定性

3.4本章小结

第4章 紫外光固化水性氨酯改性丙烯酸树脂的应用

4.1引言

4.2实验部分

4.2.1实验原料

4.2.2实验仪器

4.2.3光固化水性氨酯改性丙烯酸固化膜的制备和性能测试

4.2.4光固化水性氨酯改性丙烯酸涂层的制备和性能测试

4.3结果与讨论

4.3.1光固化水性氨酯改性丙烯酸固化膜的热性能

4.3.2光固化水性氨酯改性丙烯酸固化膜的力学性能

4.3.3光固化水性氨酯改性丙烯酸涂料的涂膜性能

4.3.4光固化水性氨酯改性丙烯酸涂料的电化学防腐蚀性能

4.3.5光固化水性氨酯改性丙烯酸涂料的AFM分析

4.4本章小结

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