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磺酸盐型紫外光固化聚氨酯分散体的合成与性能研究

作　者: 邵云
导　师: 孙东成
学　校: 华南理工大学
专　业: 化学工程
关键词: UV固化磺酸盐聚氨酯改性木器漆
分类号: TQ323.8
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

紫外光(UV)固化技术具有节能、高效、涂层性能优异、适用于热敏基材等特点。水性UV固化体系相比于油性UV固化体系具有环保、无毒、易施工等优势，可广泛用于金属、木材、塑料、玻璃等为基材的工业制品涂料。UV固化聚氨酯分散体（UV-PUDs）是水性UV固化树脂中综合性能最好的水性树脂。目前，UV-PUDs的合成基本采用二羟基羧酸为亲水单体，在合成UV-PUDs时用量大，且产品耐水解性较差。采用单羟基丙烯酸酯封端法合成UV-PUDs是目前主要的合成方法，但存在碳碳双键含量较低，使得UV固化后涂膜交联度低，漆膜性能较差等缺陷。研究表明，采用二羟基丙烯酸酯扩链合成UV-PUDs提高了双键含量，漆膜性能好，采用纳米材料、环氧树脂等改性UV-PUDs也可以提高漆膜性能，但目前还在研究阶段。本文以新型的羟基磺酸盐(SPPG)为亲水单体，高双键含量的季戊四醇三丙烯酸酯(PETA)为封端剂，环氧丙烯酸酯(EA)为改性剂，以及异佛尔酮二异氰酸酯（IPDI）、聚碳酸酯二元醇（PCDL-1000）等原料采用封端法和EA改性，合成了磺酸盐型UV-PUDs以及EA改性的UV-PUDs，并在UV-PUDs中添加涂料助剂和光引发剂制备成水性UV木器漆，研究了不同亲水基团含量、R值[R=n(-NCO)/n(-OH)]以及环氧丙烯酸酯的添加量这三个变量对UV-PUDs性能和木器漆性能的影响。本文使用粘度计、激光粒度仪、透射电镜（TEM）等仪器对UV-PUDs的乳液性能进了测试，研究了三个变量对粘度、平均粒径、粒径分布、粒子微观形态的影响；通过对UV-PUDs胶膜的红外光谱（FT-IR）、吸水率、凝胶含量、热重分析（TGA）、示差扫描量热（DSC）等测试，研究了三个变量对吸水率、光固化效率、热稳定性和玻璃化转变温度的影响。通过对漆膜光泽度、硬度、附着力、抗粘连性、耐干热性以及耐化学品性包括耐水性、耐乙醇性、耐碱性、耐酸性、耐污性等性能的测试，研究了三个变量对水性UV木器漆性能的影响。本文制备的UV-PUDs稳定性好，性能优良，添加环氧丙烯酸酯改性可以提高木器漆的光泽度、硬度、耐化学品性等性能。木器漆的光泽度最高可达94，铅笔硬度达到2H，综合性能优良，具有很高的应用价值。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-11
第一章绪论  11-23
  1.1 概述  11-12
  1.2 紫外光固化聚氨酯分散体的合成方法  12-19
    1.2.1 封端法制备紫外光固化聚氨酯分散体  12-13
    1.2.2 扩链法制备紫外光固化聚氨酯分散体  13-16
    1.2.3 超支化法制备紫外光固化聚氨酯分散体  16-17
    1.2.4 改性法制备紫外光固化聚氨酯分散体  17-19
  1.4 紫外光固化聚氨酯分散体的应用  19-20
  1.5 本课题研究目的与意义  20-21
  1.6 本论文的研究内容和技术路线  21-22
    1.6.1 本文的研究内容  21
    1.6.2 技术路线  21-22
  1.7 本论文创新点  22-23
第二章磺酸盐型紫外光固化聚氨酯分散体的合成  23-28
  2.1 实验部分  23-26
    2.1.1 实验原理  23-24
    2.1.2 实验原料  24
    2.1.3 实验装置  24
    2.1.4 实验步骤  24-25
    2.1.5 固含量测定  25-26
  2.2 结果与讨论  26-27
    2.2.1 实验配方与性能  26-27
    2.2.2 实验条件对合成的影响  27
      2.2.2.1 温度对合成的影响  27
  2.3 本章小结  27-28
第三章磺酸盐型紫外光固化聚氨酯分散体乳液性能的表征  28-33
  3.1 实验部分  28
    3.1.1 分散体性能测试与表征  28
      3.1.1.1 UV-PUDs 的粘度测试与表征  28
      3.1.1.2 UV-PUDs 的平均粒径和粒径分布测试与表征  28
      3.1.1.3 透射电子显微镜（TEM）测试与表征  28
  3.2 结果与讨论  28-32
    3.2.1 UV-PUDs 的粘度  28-29
    3.2.2 UV-PUDs 的平均粒径、粒径分布  29-31
      3.2.2.1 亲水基团含量对 UV-PUDs 的平均粒径和粒径分布的影响  29-30
      3.2.2.2 R 值对对 UV-PUDs 的平均粒径和粒径分布的影响  30-31
      3.2.2.3 环氧丙烯酸酯添加量对 UV-PUDs 的平均粒径和粒径分布的影响  31
    3.2.3 UV-PUDs 的 TEM 分析  31-32
  3.3 本章小结  32-33
第四章磺酸盐型紫外光固化聚氨酯分散体胶膜性能的表征  33-42
  4.1 实验部分  33-34
    4.1.1 胶膜的制备  33
    4.1.2 UV-PUDs 胶膜性能测试  33-34
      4.1.2.1 UV-PUDs 胶膜红外光谱（FT-IR）分析  33
      4.1.2.2 UV-PUDs 胶膜的吸水率  33
      4.1.2.3 UV-PUDs 胶膜热重分析（TGA）  33-34
      4.1.2.4 UV-PUDs 胶膜示差扫描量热（DSC）测试  34
  4.2 结果与讨论  34-41
    4.2.1 UV-PUDs 胶膜红外光谱（FT-IR）分析  34-35
    4.2.2 UV-PUDs 胶膜吸水率  35-37
    4.2.3 UV-PUDs 胶膜热稳定性  37-39
    4.2.4 UV-PUDs 胶膜示差扫描量热（DSC）分析  39-41
  4.3 本章小结  41-42
第五章紫外光固化水性木器漆的制备及性能研究  42-55
  5.1 紫外光固化水性涂料的组成  42-43
  5.2 实验部分  43-46
    5.2.1 实验原料  43-44
    5.2.2 实验装置  44
    5.2.3 UV 固化水性漆的制备  44
    5.2.4 UV 固化水性漆样板的制备  44-45
    5.2.5 紫外光固化水性漆性能测试  45-46
      5.2.5.1 UV 固化前后漆膜粘手度测试  45
      5.2.5.2 漆膜光泽度测试  45
      5.2.5.3 漆膜硬度测试  45
      5.2.5.4 漆膜附着力测试  45
      5.2.5.5 漆膜抗粘连性测试  45-46
      5.2.5.6 漆膜耐干热性测试  46
      5.2.5.7 漆膜耐水性测试  46
      5.2.5.8 漆膜耐乙醇性测试  46
      5.2.5.9 漆膜耐污性测试  46
      5.2.5.10 漆膜耐酸碱性测试  46
  5.3 结果与讨论  46-53
    5.3.1 实验配方与性能  46-48
    5.3.2 涂膜表面粘手度和 UV 固化后漆膜光泽度、硬度、附着力、抗粘连性、耐干热性分析  48-50
    5.3.3 UV 固化后漆膜耐化学品性分析  50-53
      5.3.3.1 按国标测试条件测试的结果分析  50-51
      5.3.3.2 按自定实验测试条件测试的结果分析  51-53
  5.4 本章小结  53-55
结论  55-57
后续工作设想  57-58
参考文献  58-63
攻读硕士学位期间取得的研究成果  63-64
致谢  64-65
附件  65

磺酸盐型紫外光固化聚氨酯分散体的合成与性能研究

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