氟硅嵌段光敏聚氨酯丙烯酸酯预聚物的合成与性能研究

摘要

有机硅材料具有较低表面能、优异的低温柔性、电绝缘性、透明性以及耐候性等优点，但其耐化学介质差。有机氟材料具有低表面能、折射率和介电常数，极佳的热稳定性、憎水、油性、耐化学品性、耐候性，但耐低温性较差。聚氨酯丙烯酸酯是一种多功能聚合材料，具有优良的耐磨性、韧性、高抗冲性和光聚合性能，但其热稳定性和耐候性较差。将有机硅链和有机氟链引入到光敏聚氨酯丙烯酸酯中，可以弥补材料单独使用时的缺点，提高材料的综合性能。本文合成了结构新颖的氟硅嵌段光敏聚氨酯丙烯酸酯预聚物，以期用作太阳能电池背板的封装材料和皮革涂饰剂。为了探讨硅氟链段对预聚物及材料性能的影响，我们又合成了两种结构新颖的有机硅和聚醚改性光敏聚氨酯丙烯酸酯预聚物，并与氟硅嵌段预聚物在综合性能上比较，为今后实际应用提供参考。主要的研究内容和结论如下:
　　 1、以羟烷基硅油、聚丙二醇，异佛尔酮二异氰酸酯、全氟辛酸、丙烯酸酯六氟丁酯和丙烯酸酯羟乙酯等为主要原料，合成了五种不同结构的光敏聚氨酯丙烯酸酯预聚物物PPG-IPDI-HEA， Si-IPDI-HEA、PPG-F6-IPDI-HEA、Si-F6-IPDI-HEA、Si-F15-IPDI-HEA。利用红外(FTIR)、核磁氢谱(1HNMR)、凝胶渗透色谱(GPC)对预聚物结构进行表征。
　　 2、所合成的五种预聚物与常见丙烯酸酯类活性稀释剂具有很好的相容性。通过实时红外法研究了活性稀释剂的种类和用量对五种不同预聚物光聚合体系的感光性能的影响，结果表明:五种预聚物PPG-IPDI-HEA，Si-IPDI-HEA, PPG-F6-IPDI-HEA, Si-F15-IPDI-HEA和Si-F6-IPDI-HEA的感光体系都有很好的感光性能，其双键最终转化率都在95-100％之间。
　　 3、通过对不同预聚物体系固化膜的热重、硬度、拉伸、黄变、接触角、吸水率、附着力、体积收缩、微观结构和玻璃化温度的测定，研究了不同预聚物体系固化膜物理和化学性能。结果表明:活性稀释剂的种类对五种预聚物体系固化膜的性能影响规律一致，随着官能度的增加其固化膜的热稳定性、硬度、拉伸强度、玻璃化温度和表面致密度升高，吸水率和断裂伸长率降低，耐黄变性变弱，接触角变小，附着力变差;其中预聚物Si-IPDI-HEA和Si-F15-IPDI-HEA体系的固化膜热稳定性最优，失重10％时温度高达355℃;预聚物Si-IPDI-HEA体系固化膜的断裂伸长率高达250％。
　　 4、在理论研究的基础上，将所合成的预聚物Si-IPDI-HEA和PPG-IPDI-HEA用作皮革涂饰剂，经过配方的调整和优化，应用于PU革和PVC革，对涂饰后皮革的性能进行测试，结果显示:高温120℃放置4h涂层不黄变，80℃水煮可达15天涂层不脱落，低温-10℃耐折高达6万次，固化时间30s以内。

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摘要

第一章 绪论

前言

1．1 有机硅材料的特性

1．2 有机氟材料的特性

1．3 紫外光固化

1．4 活性稀释剂

1．5 光引发剂

1．6 预聚物

1．6．1 聚氨酯丙烯酸酯类预聚物

1．6．2 有机硅预聚物

1．6．3 有机氟预聚物

1．6．4 氟硅改性的预聚物

1．7 课题的研究目的、意义及其研究内容

1．7．1 课题的目的和意义

1．7．2 课题的研究内容

第二章 实验部分

2．1 实验原料

2．2 实验仪器

2．3 实验方法

2．3．1 聚丙二醇改性的光敏聚氨酯丙烯酸酯预聚物(PPG-IPDI-HEA)的合成

2．3．2 有机硅改性的光敏聚氨酯丙烯酸酯预聚物(Si-IPDI-HEA)的合成

2．3．3 有机氟和聚醚改性的光敏聚氨酯丙烯酸酯预聚物(PPG-F6-IPDI-HEA)的合成

2．3．4 氟硅嵌段光敏聚氨酯丙烯酸酯预聚物的合成

2．3．5 紫外光固化体系的配置

2．3．6 光固化膜的制备

2．3．7 预聚物的结构表征与性能研究

第三章 预聚物的合成与结构表征

3．1 聚丙二醇改性的光敏聚氨酯丙烯酸酯预聚物(PPG-IPDI-EA)的结构表征

3．2 有机硅改性的光敏聚氨酯丙烯酸酯预聚物(Si-IPDI-HEA)的结构表征

3．3 有机氟和聚醚改性的光敏聚氨酯丙烯酸酯预聚物(PPG-F6-IPDI-HEA)的结构表征

3．4 氟硅嵌段光敏聚氨酯丙烯酸酯预聚物的结构表征

3．4．1 单同官能度的氟硅嵌段光敏聚氨酯丙烯酸酯预聚物(Si-F15-IPDI-HEA)的结构表征

3．4．2 双同官能度的氟硅嵌段光敏聚氨酯丙烯酸酯预聚物(Si-F6-IPDI-HEA)的结构表征

3．5 预聚物与不同活性单体的相容性

3．6 小结

第四章 不同结构预聚物的感光性能的研究

4．1 活性稀释剂的种类对预聚物的感光性能的影响

4．2 活性稀释剂的浓度对预聚物的感光性能的影响

4．3 预聚物的结构对感光性能的影响

4．4 小结

第五章 不同预聚物感光体系固化膜的性能研究

5．1 固化膜的热重分析

5．2 固化膜的玻璃化转变温度

5．3 固化膜的表面形貌

5．4 固化膜的表面疏水性

5．5 固化膜的拉伸性能

5．6 固化膜的铅笔硬度

5．7 固化膜的吸水性

5．8 固化膜的体积收缩率

5．9 固化膜的耐黄变性

5．10 固化膜的附着力

5．11 光固化体系的应用研究

5．12 结论

第六章 主要结论

参考文献

致谢

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