学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

环氧、丙烯酸改性水性聚氨酯的合成及性能

作　者: 戴震
导　师: 许戈文
学　校: 安徽大学
专　业: 高分子化学与物理
关键词: 水性聚氨酯改性环氧树脂丙烯酸
分类号: TQ323.8
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 304次
引　用: 1次
阅　读: 论文下载

内容摘要

聚氨酯(PU)是分子链段中含氨基甲酸酯结构单元的一类高分子聚合物的总称,分子链上存在大量的极性键,分子间易形成氢键,氢键作用使得涂膜具有优异的强度、耐磨、耐水、耐溶剂、耐低温及粘接等方面性能,广泛应用于涂料、胶黏剂、皮革、纺织、造纸及医药等方面。随着环保法规的确立和人们环保意识的增强,环境友好型聚氨酯应运而生。水性聚氨酯(WPU)是以水代替有机溶剂作为分散介质的新型聚氨酯体系,结合了溶剂型聚氨酯的高性能和水性乳液的低VOC含量,是优异的环境友好型材料。水性聚氨酯涂料符合发展涂料工业的“四E原则”(Economy、Efficience、Ecology、Energy),然而水性聚氨酯分子中亲水性基团的存在及树脂本身的缺陷(如耐温性差、硬度低、耐老化性差等),影响了它的使用范围,许多化学工作者致力于对其进行改性,常见的改性方法有丙烯酸改性、环氧树脂改性、有机硅改性、氟改性、植物油改性、纳米改性等。本论文在阅读大量国内外文献的基础上,根据本实验室具体条件,采用一种新的合成方式,制备了环氧树脂E-51改性水性聚氨酯(EPU)材料和非离子型丙烯酸改性水性聚氨酯(PUA)材料。具体工作分为两个部分：1.环氧树脂E-51改性水性聚氨酯的合成及性能本节选用异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、聚四氢呋喃二醇(PTMG)、二羟甲基丙酸(DMPA)及一缩二乙二醇(DEG)为主要原料,经相转化法合成了阴离子型水性聚氨酯(WPU)自乳化乳液；然后加入过量胺开环的环氧树脂E-51,后扩链30min,得到环氧树脂E-51改性水性聚氨酯(EPU)乳液。并对这种材料进行了力学、耐水性、硬度、粘度、存储稳定性、粒径、结构及热力学等方面的测试,与改性前进行比较,研究了不同环氧树脂E-51添加量对乳液粒径、粘度、存储稳定性及胶膜强度、接触角、吸水率、硬度、耐热性等方面的影响。结果表明：(1)TEM观察及粒径测试表明WPU及EPU乳液粒子呈球状,乳液平均粒径均小于100nm,随着环氧树脂E-51添加量的提高,EPU乳液的平均粒径增大,且乳液粒径分布变宽；(2)乳液粘度随着环氧树脂E-51添加量的提高而增大,当环氧树脂E-51添加量达8%时乳液稳定性较差；(3)红外光谱分析表明,乙二胺成功开环环氧树脂E-51,且EPU中存在环氧树脂E-51特征吸收峰；(4)力学测试表明,随着环氧树脂E-51添加量的提高,胶膜拉伸强度逐渐增大,断裂伸长率逐渐降低；(5)耐水性及接触测试表明,环氧树脂E-51的添加明显降低胶膜吸水率,且接触角随着环氧树脂E-51添加量的提高而增大；(6)TGA及MCC测试表明,环氧树脂E-51的添加提高了胶膜的耐热性,胶膜热释放速率随着环氧树脂E-51添加量的提高而降低,胶膜的阻燃性得到提高。2.丙烯酸改性水性聚氨酯的合成及性能本节选用异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、聚氧化丙烯二醇(N-210)、聚氧化乙烯二醇(PEG)等为基本原料,合成端异氰酸根的聚氨酯预聚体；然后采用丙烯酸羟乙酯(HEA)将双键引入到聚氨酯主链上,最后经相转化法合成了非离子型双键封端水性聚氨酯(HPU)乳液。然后采用热引发方式,和甲基丙烯酸甲酯(MMA)及丙烯酸丁酯(BA)进行自由基聚合,将丙烯酸单体接到水性聚氨酯主链上,得到非离子型丙烯酸改性水性聚氨酯(PUA)乳液。并对这种材料进行了耐水性、粒径、电镜、结构及热力学等方面的测试,与改性前进行比较,分析了不同丙烯酸含量对乳液粒径、粒子形貌及胶膜吸水率及热力学等方面的影响。结果表明：(1)TEM观察及粒径测试表明HPU乳液粒子呈球状,PUA及PA乳液粒子有明显核壳结构；乳液平均粒径均小于100nm, PA及HPU乳液粒径分布较窄,随着HPU添加量的提高,PUA乳液的平均粒径增大,且乳液粒径分布变宽；(2)乳液粘度随着HPU添加量的增加而提高,胶膜耐水性随着HPU添加量的提高而降低；(3)红外光谱分析表明,采用理论HEA添加量的120%,于70℃反应3h,封端反应进行的比较完全,PUA中含有HPU及PA的特征吸收峰；(4)TGA及DSC测试表明,PUA胶膜的耐温性较HPU有明显提高,且随着丙烯酸单体含量的增加而提高,且胶膜的玻璃化转变温度随着丙烯酸单体含量的增加而提高。

全文目录

摘要  3-5
Abstract  5-11
第一章绪论  11-36
  1.1 水性聚氨酯简介  11-12
  1.2 常用的水性聚氨酯改性方法介绍  12-25
    1.2.1 交联改性  13-16
    1.2.2 环氧树脂改性  16-17
    1.2.3 丙烯酸改性  17-18
    1.2.4 有机硅改性  18-19
    1.2.5 有机氟改性  19-21
    1.2.6 植物油改性  21-22
    1.2.7 纳米改性  22-25
  1.3 水性聚氨酯改性发展趋势  25
  1.4 环氧改性水性聚氨酯的意义及常见改性方法  25-26
  1.5 丙烯酸改性水性聚氨酯的意义及常见的方法  26-29
  参考文献  29-36
第二章环氧树脂E-51改性水性聚氨酯的合成及性能  36-51
  2.1 前言  36
  2.2 实验部分  36-40
    2.2.1 实验原料  36-37
    2.2.2 EPU乳液的制备  37-38
      2.2.2.1 胺封端环氧树脂E-51的制备  37
      2.2.2.2 EPU乳液的制备  37-38
    2.2.3 性能测试  38-40
      2.2.3.1 胶膜的制备  38-39
      2.2.3.2 FTIR测试  39
      2.2.3.3 乳液稳定性测试  39
      2.2.3.4 粘度测试  39
      2.2.3.5 粒径测定  39
      2.2.3.6 透射电镜测试  39
      2.2.3.7 胶膜力学性能的测试  39
      2.2.3.8 胶膜耐水性测试  39
      2.2.3.9 接触角测试  39-40
  2.3 结果与讨论  40-49
    2.3.1 红外表征  40-42
      2.3.1.1 胺开环环氧树脂E-51红外分析  40-41
      2.3.1.2 EPU红外分析  41-42
    2.3.2 EPU乳液物性测试  42
    2.3.3 乳液粒径分析  42-43
    2.3.4 透射电镜分析  43
    2.3.5 胶膜物性测试  43-47
      2.3.5.1 胶膜力学性能  43-44
      2.3.5.2 胶膜耐水性测试  44-45
      2.3.5.3 胶膜硬度测试  45-47
    2.3.6 热失重(TGA)分析  47-48
    2.3.7 微型量热(MCC)分析  48-49
  2.4 本章小结  49-50
  参考文献  50-51
第三章非离子型丙烯酸改性水性聚氨酯乳液的合成及性能  51-67
  3.1 前言  51-52
  3.2 实验部分  52-55
    3.2.1 实验原料  52
    3.2.2 非离子型丙烯酸改性水性聚氨酯(PUA)乳液的制备  52-54
      3.2.2.1 非离子型双键封端水性聚氨酯乳液(HPU)的合成  52-53
      3.2.2.2 非离子型丙烯酸改性水性聚氨酯(PUA)乳液的合成  53-54
    3.2.3 性能测试  54-55
      3.2.3.1 胶膜的制备  54
      3.2.3.2 FTIR测试  54
      3.2.3.3 乳液稳定性测试  54
      3.2.3.4 粘度测试  54-55
      3.2.3.5 粒径测定  55
      3.2.3.6 透射电镜测试  55
      3.2.3.7 胶膜耐水性测试  55
      3.2.3.8 胶膜硬度测试  55
      3.2.3.9 DSC测试  55
  3.3 结果与讨论  55-64
    3.3.1 红外分析  55-59
      3.3.1.1 HPU红外表征  55-57
      3.3.1.2 PUA红外表征  57-59
    3.3.2 乳液粒径分析  59-60
    3.3.3 电镜测试  60-61
    3.3.4 PUA乳液物性分析  61
    3.3.5 胶膜物性分析  61-63
    3.3.6 DSC分析  63
    3.3.7 TGA分析  63-64
  3.4 本章小结  64-65
  参考文献  65-67
第四章结论  67-68
致谢  68-69
硕士期间发表的论文  69

环氧、丙烯酸改性水性聚氨酯的合成及性能

内容摘要

全文目录

相似论文