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水性聚氨酯的合成及其在运动场地中的应用

作　者: 梁亚平
导　师: 吕建平
学　校: 合肥工业大学
专　业: 材料学
关键词: 水性聚氨酯影响因素蓖麻油运动场面漆
分类号: TQ317
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 244次
引　用: 2次
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内容摘要

水性聚氨酯(WPU)是相对于溶剂型聚氨酯而言的,它是聚氨酯粒子分散在连续相(水)中的二元胶体体系。由于其本身具有无毒、不易燃烧、无污染、节能、安全可靠等优点,目前发展非常迅速,应用于各工业领域。特别是近年来,由于溶剂价格的高涨和人们环保意识的增强,使水性聚氨酯取代溶剂型聚氨酯成为一个重要的发展方向。水性聚氨酯是包含交替的软段和硬段单元的嵌段状共聚物,并有少量带有被中和或季胺化成盐的离子基团和非离子亲水链段的重复单元。柔软的软段通常由聚酯或聚醚组成,而刚性的硬段则通常由被低分子量的醇或胺扩链的二异氰酸酯组成。通常认为,水性聚氨酯的性能主要决定于软硬段的相行为,以及离子特性。这种相行为还取决于软硬段的含量、结晶性、长短和极性,分子链间或链内的相互作用如氢键和库仑力等,以及总体组成和分子量大小。本文选取可再生、来源广泛、价廉的蓖麻油作为聚氨酯的多元醇组分,采用预聚体法,引入DMPA,通过自身乳化,交联改性合成水性聚氨酯乳液。在预聚过程中可以加入一定量的丁酮,以降低粘度以及作为共溶剂有利于涂膜的形成。研究了预聚物的合成工艺,考察了NCO/OH比值、羧基含量、中和剂种类和中和率、蓖麻油等对产品结构和性能的影响。发现NCO/OH初摩尔比提高,涂膜的硬度和机械强度也相应提高,但外观变差;适宜的NCO/OH摩尔比不仅使乳液具有较好综合性能,而且还可保持良好的外观;当羧基DMPA在固体份中的重量百分含量超过4.08%时,水性PU贮存稳定。亲水基团含量越高越有利于水性聚氨酯的稳定,但羧基含量太高,胶膜耐水性差。水性PU的粘度和DMPA的含量、中和度以及温度等因素有关。水性聚氨酯体系的粒子尺寸受DMPA的含量影响较大,含量越高,粒子尺寸越小。适当提高DMPA含量有利于乳液外观的改善以及涂膜力学性能的提高,但过高的DMPA含量将使耐水性变差,吸水率提高;随着中和度提高,乳液外观改善,贮存稳定性提高,涂膜拉伸剪切强度增大,但耐水性和断裂伸长率降低。并通过傅立叶红外光谱分析,表征了聚氨酯分子链中形成了由蓖麻油引入的碳碳双键及碳氧双键,以及交联结构的产生,从而提高水性聚氨酯涂膜的物理机械性能和耐水性。并介绍了水性聚氨酯配制运动场面漆的配方、工艺。以及用水性聚氨酯制成的运动场面漆组成与性能的关系。结果表明,当C. O. / N 220的摩尔比为1:1、NCO/ OH摩尔比为1. 4:1、DMPA添加量为5.5 %时合成的水性聚氨酯涂料具有较好的成膜性、较高的硬度、优异的附着力和较好的耐水、耐油性。由此制备的运动场面漆具有优异的性能。

全文目录

摘要  5-7
Abstract  7-9
致谢  9-15
第一章文献综述  15-29
  1.1 水性聚氨酯的发展历史  15
  1.2 水性聚氨酯的特点  15-16
  1.3 水性聚氨酯的分类  16-18
    1.3.1 以外观形态分类  16
    1.3.2 按亲水性基团的性质分类  16
    1.3.3 按原料分类  16
    1.3.4 按聚氨酯的水性化方法分类  16-18
    1.3.5 按包装形式分类  18
    1.3.6 按分子结构分类  18
  1.4 水性聚氨酯的结构与特性及其涂膜特性  18-19
    1.4.1 水性聚氨酯的结构  18
    1.4.2 软段对水性聚氨酯性能的影响  18-19
    1.4.3 硬段对水性聚氨酯性能的影响  19
  1.5 水性聚氨酯的改性  19-26
    1.5.1 预交联改性  19-20
    1.5.2 封闭型聚氨酯分散体  20
    1.5.3 交联剂改性  20
    1.5.4 蓖麻油改性  20-21
    1.5.5 丙烯酸类改性  21-24
    1.5.6 双组分水性聚氨酯涂料  24-26
    1.5.7 紫外光固化改性  26
  1.6 水性聚氨酯的发展状况  26-27
    1.6.1 国外水性聚氨酯的发展状况  26
    1.6.2 国内水性聚氨酯的发展状况  26-27
  1.7 水性聚氨酯材料在运动场地的应用  27-29
第二章水性聚氨酯树脂的制备  29-33
  2.1 实验主要原料  29
  2.2 水性聚氨酯的合成  29-30
    2.2.1 原料预处理  29
    2.2.2 实验过程  29-30
  2.3 分析测试  30-33
    2.3.1 羟值的测定  30-31
    2.3.2 分子量的计算  31
    2.3.3 预聚体中NCO 基含量的测定  31
    2.3.4 红外光谱分析  31
    2.3.5 乳液体系粒径及粒径分布  31
    2.3.6 稳定性测试  31-32
    2.3.7 胶膜的吸水率测试  32
    2.3.8 pH 值的测定  32
    2.3.9 硬度测试  32
    2.3.10 测试T 剥离强度  32
    2.3.11 胶膜的扯断强度及扯断伸长率  32
    2.3.12 粘度的测定  32
    2.3.13 PU 紫外光谱测定  32
    2.3.14 耐磨性  32
    2.3.15 附着力  32-33
第三章结果与讨论  33-45
  3.1 NCO/OH 摩尔比对水性聚氨酯性能的影响  33-36
    3.1.1 NCO/OH 摩尔比对水性聚氨酯的粘度和粒径的影响  33-34
    3.1.2 NCO/OH 比例对乳液性能的影响  34-35
    3.1.3 NCO/OH 值对涂膜机械性能的影响  35-36
    3.1.4 NCO/OH 值对膜吸水率的影响  36
  3.2 亲水扩链DMPA 的影响  36-41
    3.2.1 DMPA 含量对水性聚氨酯的粘度的影响  37-38
    3.2.2 DMPA 含量对水性聚氨酯粒径的影响  38-39
    3.2.3 pH 值对PU 水分散体的影响  39-40
    3.2.4 DMPA 的添加量对水性树脂性能的影响  40-41
  3.3 蓖麻油改性水性聚氨酯  41-43
    3.3.1 乳液红外光谱  41-42
    3.3.2 C.O./N220 比例对涂膜性能的影响  42
    3.3.3 涂膜性能比较  42-43
  3.4 结语  43-45
第四章水性聚氨酯在运动场地的应用  45-49
  4.1 硬段二异氰酸酯结构的影响  46
  4.2 软段多元醇结构的影响  46-47
  4.3 PU 成膜物的结构与耐磨性、抗冲击性的关系  47-49
参考文献  49-53
发表论文  53-54

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