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水性双组份丙烯酸聚氨酯的制备与性能研究

作　者: 周新华
导　师: 涂伟萍
学　校: 华南理工大学
专　业: 化学工程
关键词: 水性双组份聚氨酯多异氰酸酯水溶性丙烯酸树脂羟基丙烯酸乳液聚合物多元醇微凝胶乙烯基硅烷偶联剂
分类号: TQ323.8
类　型: 博士论文
年　份: 2005年
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内容摘要

水性双组份聚氨酯以水为介质，常温成膜，具有低污染、省能源的优点，以其代替溶剂型双组份聚氨酯势在必行。虽然部分水性双组份聚氨酯在国外已进入实际应用阶段，但这方面的理论还很不成熟。因此，要详细、全面地掌握水性双组分聚氨酯的组成、制备工艺、成膜条件三者与涂膜性能的关系，尚需进行大量全面而深入的研究工作。水性双组份聚氨酯由聚合物多元醇和多异氰酸酯组成，其中聚合物多元醇影响着多异氰酸酯在水相的分散性、成膜过程中分子的扩散与交联以及涂膜的最终性能。聚合物多元醇的种类及制备方法较多，其中丙烯酸多元醇具有分子量、玻璃化温度和羟基含量易于调节等优点，采用不同聚合工艺可得乳液和分散型两类丙烯酸多元醇。因此，选用丙烯酸多元醇研究水性双组分聚氨酯具有较好的代表性。 -NCO与水的反应、多异氰酸酯难于在多元醇中的分散均匀以及组份间分子链扩散交联不充分，是研究水性双组份聚氨酯的关键问题。本文围绕上述问题，首先合成了水溶性羟基丙烯酸（hs-WA）树酯、羟基丙烯酸乳液，并在后者的基础上合成了具有微凝胶核结构的羟基丙烯酸（Si-PHA）乳液。然后以hs-WA树脂／HDI缩二脲、Si-PHA乳液／水分散性多异氰酸酯为对象，系统研究两组份分散和成膜的影响因素，并对水性双组份聚氨酯乳液和涂膜结构性能进行了表征。探讨了低酸值hs-WA树脂粘度和水溶性的影响因素，研究了溶剂极性和羟值对hs-WA树脂相反转的影响，用透射电镜观察了hs-WA分散体粒子的形态并用粒径分布仪跟踪了分散体粒径的变化。结果表明，羟值和聚合温度是影响树脂粘度的主要因素。hs-WA树脂酸值为15～40mgKOH．g^-1，羟值为60～150mgKOH．g^-1时，树脂水溶性好，相转化过程中，溶剂亲水性越强，羟值越高，相转化点时固含量越高。将水加入hs-WA树脂稀释时，hs-WA分散体粒子呈不规则球形，其中部分粒子呈空心不规则球形；而将hs-WA树脂加入水时，得到的hs-WA分散体乳胶粒呈不规则的条状。相转化法获得乳胶粒放置一段时间后，粒径增加，粒径分布变窄。系统研究了复合乳化剂HLB值、补加乳化剂用量、乳液固含量、丙烯酸含量和加入方式、羟基含量、聚合温度、预乳化单体滴加速率对羟基丙烯酸乳液聚合稳定性的影响，分析了乳液聚合失稳机理，并用粒径分布仪和透射电镜表征乳胶粒的结构。结果表明，除乳胶粒表面乳化剂不足所致的失稳外，乳胶粒表面分

全文目录

摘要  4-7
ABSTRACT  7-11
目录  11-14
CONTENTS  14-18
第一章绪论  18-41
  1.1 前言  18-19
  1.2 水性聚氨酯研究现状  19-22
    1.2.1 交联改性水性聚氨酯  19-21
    1.2.2 复合改性水性聚氨酯  21-22
    1.2.3 水性双组分聚氨酯  22
  1.3 聚合物多元醇研究进展  22-27
    1.3.1 丙烯酸多元醇  22-24
    1.3.2 聚酯/聚醚多元醇  24-25
    1.3.3 聚氨酯多元醇  25-26
    1.3.4 混合型多元醇  26-27
  1.4 水分散性多异氰酸酯固化剂研究进展  27-31
    1.4.1 制备原理  28
    1.4.2 制备方法  28-30
    1.4.3 技术进展  30-31
  1.5 水性双组分聚氨酯制备工艺研究进展  31-34
    1.5.1 强力分散工艺  32
    1.5.2 相转化工艺  32-33
    1.5.3 自分散工艺  33-34
  1.6 水性双组分聚氨酯交联成膜研究进展  34-38
    1.6.1 水性双组分聚氨酯的化学反应  34-36
    1.6.2 水性双组分聚氨酯的成膜  36-38
  1.7 本论文的研究意义、内容及创新之处  38-41
    1.7.1 研究意义  38-39
    1.7.2 研究内容  39-40
    1.7.3 本论文的创新点  40-41
第二章水溶性羟基丙烯酸树酯的合成  41-59
  2.1 前言  41
  2.2 实验部分  41-43
    2.2.1 原材料  41-42
    2.2.2 hs-WA树脂的合成  42
    2.2.3 测试与表征  42-43
  2.3 结果与讨论  43-58
    2.3.1 hs-WA树脂的粘度  43-49
    2.3.2 hs-WA树脂的水溶性  49-52
    2.3.3 hs-WA树脂相反转过程影响因素探讨  52-55
    2.3.4 hs-WA水分散体结构表征  55-58
  2.4 本章小结  58-59
第三章羟基丙烯酸乳液的合成  59-77
  3.1 前言  59
  3.2 实验部分  59-62
    3.2.1 原材料  59-60
    3.2.2 预乳化工艺及混合丙烯酸酯单体预乳化液的制备  60
    3.2.3 种子乳液聚合制备羟基丙烯酸乳液  60-61
    3.2.4 测试与表征  61-62
  3.3 结果与讨论  62-75
    3.3.1 均相成核机理  62-63
    3.3.2 影响羟基丙烯酸乳液聚合及贮存稳定性的因素  63-71
    3.3.3 羟基丙烯酸乳液聚合失稳机理  71-73
    3.3.4 羟基丙烯酸乳液表征  73-75
  3.4 本章小结  75-77
第四章具有微凝胶核结构的羟基丙烯酸乳液的合成  77-98
  4.1 前言  77-79
  4.2 具有微凝胶核结构羟基丙烯酸乳胶粒的分子设计  79-81
  4.3 实验部分  81-83
    4.3.1 原材料  81
    4.3.2 Si-PHA乳液的合成  81-82
    4.3.3 测试与表征  82-83
  4.4 结果与讨论  83-94
    4.4.1 影响Si-PHA乳液聚合稳定性及其交联率的因素  83-88
    4.4.2 Si-PHA乳液聚合反应动力学  88-91
    4.4.3 Si-PHA乳液的结构与性能表征  91-94
  C-1757  94-96
  4.5 本章小结  96-98
第五章水性双组分丙烯酸聚氨酯乳液的制备及表征  98-119
  5.1 前言  98
  5.2 水分散性多异氰酸酯  98-99
  5.3 实验部分  99-101
    5.3.1 实验原料  99-100
    5.3.2 水性双组分聚氨酯乳液的制备  100
    5.3.3 测试与表征  100-101
  5.4 结果与讨论  101-117
    5.4.1 hs-WA树脂/HDI缩二脲体系  101-111
    5.4.2 Si-PHA乳液/亲水性多异氰酸酯体系  111-117
  5.5 本章小结  117-119
第六章水性双组分丙烯酸聚氨酯涂膜的交联及表征  119-150
  6.1 前言  119-120
  6.2 涂膜交联密度及其测试方法  120-123
    6.2.1 交联密度的基本概念  120-121
    6.2.2 涂膜交联密度的测试方法  121-123
  6.3 实验部分  123-125
    6.3.1 2k-WPUA涂膜的制备  123
    6.3.2 测试与表征  123-125
  6.4 结果与讨论  125-148
    6.4.1 涂膜交联密度的计算  125-126
    6.4.2 hs-WA树脂/HDI缩二脲体系  126-133
    6.4.3 Si-PHA乳液/亲水性多异氰酸酯体系  133-147
    6.4.4 两种体系 2k-WPUA涂膜性能对比  147-148
  6.5 本章小结  148-150
结论  150-152
参考文献  152-166
在学期间发表与学位论文内容相关的学术论文  166

水性双组份丙烯酸聚氨酯的制备与性能研究

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