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聚氨酯改性环氧乳液的合成及其固化研究

作　者: 林曦
导　师: 张旭东
学　校: 湖南大学
专　业: 工业催化
关键词: 环氧树脂水性聚氨酯改性表征
分类号: TQ630.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
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内容摘要

随着环保法律法规的健全和人们环保意识的加强,溶剂型涂料由于高VOC含量而受到限制,环保型涂料特别是水性涂料的研究日益受到重视,而制备综合性能优良的树脂乳液是获得高性能水性涂料的关键。本研究开发一种高性能的聚氨酯改性环氧乳液,采用甲苯二异氰酸酯(TDI)与含具有亲水组分的聚醚二元醇(Diol-1000)和二羟甲基丙酸(DMPA)反应生成端异氰酸酯聚氨酯预聚物,利用此预聚物与环氧树脂反应,将亲水组分引入到环氧树脂中对其进行亲水改性,制备了综合性能优良的聚氨酯改性环氧乳液。通过对预聚物和环氧树脂的反应过程进行FTIR跟踪分析,发现预聚物的端异氰酸酯基与环氧树脂的羟基进行反应,而环氧基团基本保持不变,即对其进行亲水改性的同时,不破坏环氧树脂的特性。本研究考察了合成聚氨酯改性环氧乳液的工艺因素和配方因素。物料加入顺序、加入方式、反应温度、搅拌强度、OH/NCO值、聚醚Diol-1000用量、-COOH基含量、中和度等因素对乳液和涂膜性能都有较明显的影响。为了得到综合性能优良的乳液及涂膜,应采用先Diol后DMPA的加料顺序;固态的DMPA和环氧树脂应溶解后或熔融后以液态的形式加入;TDI与Diol-1000的反应温度控制在70℃,之后加DMPA应控制在75～80℃,加环氧树脂应控制在75～80℃;环氧树脂与端异氰酸酯聚氨酯预聚物的OH/NCO=1.3:1,聚醚二元醇Diol-1000与环氧树脂CYD-012的质量比=4:15,-COOH质量百分含量=1.3%,中和度=90%～100%。本研究合成了与聚氨酯改性环氧乳液相匹配的固化剂,并利用差示扫描量热法对水性环氧的固化程度进行研究。通过对比分析涂膜的玻璃化转变温度,发现乳胶粒粒径、固化温度、固化剂的反应性及固化剂与乳液的匹配性对水性环氧体系的固化程度都具有较大影响。在实验范围内,水性环氧乳胶粒粒径越小,越有利于体系的固化,涂膜的机械性能越好;聚氨酯水性环氧的固化有一最佳的固化温度,在此温度下,固化反应程度最高,涂膜的综合性能最佳;仲胺类固化剂与水性环氧的固化程度比伯胺类固化剂更高,涂膜的机械性能和耐水性均更好;经疏水改性之后的固化剂与水性环氧树脂的匹配性提高,涂膜的固化程度提高,机械性能更好。经检测,本文合成的聚氨酯改性环氧乳液和固化剂所配制的涂料性能优异,涂膜60o光泽度≥90,铅笔硬度≥1H,48h吸水率≤20%,耐水性优,柔韧性≤1mm,附着力1级,具有良好的市场应用和推广价值。

聚氨酯改性环氧乳液的合成及其固化研究

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