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有机硅改性水性聚氨酯涂饰剂的合成与表征

作　者: 杨雪
导　师: 方仕江
学　校: 浙江大学
专　业: 化学工程
关键词: 水性聚氨酯预聚反应粒径及分布耐水性接触角
分类号: TQ630.7
类　型: 硕士论文
年　份: 2014年
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内容摘要

聚氨酯是必不可少的合成材料之一,随着人们环保意识、自我健康保护意识的逐渐提高,聚氨酯逐渐由溶剂型向无毒、环保、安全的水分散型发展,水性聚氨酯有逐步代替溶剂型聚氨酯的趋势。然而,由于亲水基团的引入,水性聚氨酯的疏水性、耐水性明显减弱,在保持水性聚氨酯优良成膜性、稳定性及力学性能的基础上,增强水性聚氨酯胶膜的耐水性和表面疏水性,有着极高的应用价值。本研究以聚乙二醇(PPG-2000)、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)为基本单体,二羟甲基丙酸(DMPA)为亲水扩链剂,并用1,4—丁二醇(BDO)、三羟甲基丙烷(TMP)进行后期扩链与交联,利用预聚体分散法制备了系列水性聚氨酯,研究了合成中各步反应的动力学规律以及合成配方及工艺对水性聚氨酯粒径及分布的影响,随后对水性聚氨酯进行了复合改性,研究了复合改性对水性聚氨酯胶膜表面疏水性、耐水性、力学性能、耐热性能及微观表面形貌的影响。全文分为五章,主要内容如下：第1章,文献综述。介绍了课题提出的背景及应用价值,概述了水性聚氨酯国内外的研究与应用进展、合成与分类、成膜机理,重点阐述了水性聚氨酯的主要改性技术及其国内外进展。最后提出了本课题的研究目标、思路和方案。第2章,采用丙酮—二正丁胺滴定法研究了水性聚氨酯体系在不同温度下的预聚动力学,确定了预聚反应的最佳反应温度及时间；而后探究了合成配方和工艺因素对水性聚氨酯粒径及其分布影响。实验通过优化工艺条件可有效地制备粒径在40-400nm之间的水性聚氨酯。另以硅烷偶联剂作为后交联剂进一步合成了具有良好耐水和疏水性的纳米水性聚氨酯。第3章,采用羟基硅油、氨基硅油和硅烷化合物改性水性聚氨酯,研究了各种改性工艺因素对水性聚氨酯表面疏水性及耐水性的影响规律。实验结果表明,通过合理组合有机硅组成可改性得到具有优良耐水性和疏水性的水性聚氨酯,膜层接触角达到112.4°,且表面光滑平整,触感滑爽,耐热性和综合力学性能优异。第4章,采用羟基硅油、蓖麻油改性水性聚氨酯,以平均羟基官能度为2.7的蓖麻油代替丁二醇制备了蓖麻油-羟基硅油改性的水性聚氨酯。实验结果表明,改性后的水性聚氨酯具有良好的外观和物理稳定性,成膜后膜层吸水率为14.7%、接触角为101.2°、断裂伸长率为617.0%、拉伸强度为12.6MPa,且热稳定性较好,综合性能优异,是一种柔韧性优异的疏水型涂层材料。第5章,主要结论。总结论文各阶段的主要研究内容和结果,并得出了主要结论。

全文目录

摘要  5-7
Abstract  7-9
目录  9-12
第一章文献综述  12-31
  1.1 课题背景及研究意义  12-14
  1.2 聚氨酯概述  14-20
    1.2.1 聚氨酯的发展  14-16
    1.2.2 水性聚氨酯合成与分类  16-19
    1.2.3 水性聚氨酯的成膜机理  19-20
    1.2.4 水性聚氨酯的研究要点  20
  1.3 水性聚氨酯改性技术及其进展  20-29
    1.3.1 共混改性  20-21
    1.3.2 交联改性  21-22
    1.3.3 共聚改性  22-29
  1.4 研究目标与内容  29-31
    1.4.1 研究目标  29-30
    1.4.2 研究内容  30-31
第二章纳米水性聚氨酯的合成与表征  31-48
  2.1 引言  31
  2.2 主要试剂和仪器  31-33
    2.2.1 主要试剂  31-32
    2.2.2 主要仪器  32-33
  2.3 合成实验  33-34
    2.3.1 试剂预处理  33
    2.3.2 实验步骤  33-34
  2.4 分析测试方法  34
  2.5 实验结果与讨论  34-46
    2.5.1 预聚过程最佳反应条件确定  34-39
    2.5.2 合成工艺条件对水性聚氨酯粒径及分布的影响  39-43
    2.5.3 耐水型纳米水性聚氨酯的合成  43-46
  2.6 本章小结  46-48
第三章硅系改性水性聚氨酯的合成与表征  48-67
  3.1 引言  48
  3.2 主要试剂和仪器  48-49
    3.2.1 主要试剂  48-49
    3.2.2 主要仪器  49
  3.3 合成实验  49-51
    3.3.1 未改性水性聚氨酯的合成  49
    3.3.2 氨基硅油改性水性聚氨酯的合成  49-50
    3.3.3 硅烷偶联剂改性水性聚氨酯的合成  50
    3.3.4 羟基硅油改性水性聚氨酯的合成  50
    3.3.5 复合改性水性聚氨酯的合成  50
    3.3.6 成膜工艺  50-51
  3.4 分析测试方法  51
  3.5 实验结果与讨论  51-65
    3.5.1 硅系改性剂单独改性水性聚氨酯  51-58
    3.5.2 复合改性水性聚氨酯  58-60
    3.5.3 复合改性前后水性聚氨酯综合性能比较  60-65
  3.6 本章小结  65-67
第四章复合改性水性聚氨酯的合成与表征  67-75
  4.1 引言  67
  4.2 主要试剂和仪器  67
  4.3 合成实验  67-68
  4.4 分析测试方法  68
  4.5 实验结果与讨论  68-74
    4.5.1 分散体性质及成膜特性  68-69
    4.5.2 粒径及粒径分布  69
    4.5.3 胶膜红外表征  69-70
    4.5.4 胶膜吸水率与接触角  70-71
    4.5.5 胶膜力学性能  71
    4.5.6 胶膜耐热性能  71-72
    4.5.7 膜表面形貌及粗糙度  72-74
  4.6 本章小结  74-75
第五章全文总结  75-76
参考文献  76-83
攻读硕士学位期间的学术成果及奖励  83-84
致谢  84

有机硅改性水性聚氨酯涂饰剂的合成与表征

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