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无溶剂法制备TDI型聚氨酯/丙烯酸酯复合乳液及其乳胶膜的改性

作　者: 施锐
导　师: 张兴元
学　校: 中国科学技术大学
专　业: 高分子化学与物理
关键词: 聚氨酯/聚丙烯酸酯复合乳液 甲苯二异氰酸酯 遮盖率 60Co 接枝率
分类号: TB332
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


异佛尔酮二异氰酸酯（IPDI）型水性聚氨酯其较高的价格以及因其极性较低所引起的对各种粉体填料相容性差等不足使它的应用范围受到了一定的限制。这样在一些对耐黄变要求不高的场合下,用价格较低的芳香族甲苯二异氰酸酯（TDI）来替代IPDI生产TDI型水性聚氨酯就显现出明显的市场优势。不过由于TDI反应活性高,当用TDI替代IPDI制备TDI型水性聚氨酯时,预聚物乳化时须在低温下进行以降低反应活性。但另一方面,丙烯酸酯类单体又不是合成水性聚氨酯使用原料的良溶剂,低温下体系粘度高,会使乳化难以进行。综合上述存在的问题,本文报导了一种新的高温乳化工艺法,以甲苯二异氰酸酯（TDI）、聚四亚甲基醚二元醇（PTMG）、1,6?己二醇（HDO）、2,2?二羟甲基丙酸（DMPA）为主要原料,采用甲基丙烯酸甲酯（MMA）和丙烯酸丁酯（BA）混合物代替丙酮作稀释剂,丙烯酸羟乙酯对预聚物进行封端,在85℃进行乳化的工艺方法,合成制备出TDI-PU/PA复合乳液。控制TDI的NCO摩尔量与PTMG、DMPA、HDO总含有的OH摩尔量比值为1.18,三乙胺与水同步加入,在80℃下以过硫酸钾为引发剂有利于复合乳液的制备。研究发现,随着MMA含量的增加,复合乳液成膜的张力强度、摆杆硬度增大,耐水性能提高。与IPDI-PU/PA复合乳液相比,在成本得到降低的同时,TDI-PU/PA复合乳液的钛白粉可加入量增加约100%,成膜硬度、遮盖力都明显提高。基于辐射聚合,本文同时采用一种新型含氟丙烯酸酯甲基丙烯酸十二氟庚酯作为氟化单体制备聚氨酯/丙烯酸酯复合乳液。通过Fourier变换红外光谱表征了分子链的结构和接枝反应。通过计算N–H峰和Ph（C=C）峰之间的积分面积比,相对于过硫酸钾引发,发现60Co射线引发后接枝效率提高了近一倍。摆杆硬度测试显示采用60Co射线引发方式或者提高甲基丙烯酸甲酯的含量都会提高乳胶膜的硬度。甲基丙烯酸十二氟庚酯的含量对乳胶膜的力学性能和耐热性能有着很大的影响。通过乳胶膜的接触角测试和吸收溶胀率的测试,发现当甲基丙烯酸十二氟庚酯共聚到体系后,乳胶膜的耐水性能得到大幅提高。

全文目录


摘要  6-7
Abstract  7-9
第一章 绪论  9-21
  1.1 引言  9-10
  1.2 水性聚氨酯概述  10-14
    1.2.1 水性聚氨酯的制备和原理  10-12
    1.2.2 水性聚氨酯的结构与性能  12
    1.2.3 水水性聚氨酯发展趋势  12-14
  1.3 水性聚氨酯/丙烯酸酯复合乳液的概述  14-19
    1.3.1 水性聚氨酯/丙烯酸酯复合乳液的发展  14-16
    1.3.2 有机氟改性水性聚氨酯/丙烯酸酯复合乳液  16-18
    1.3.3 辐射引发改性水性聚氨酯/丙烯酸酯复合乳液  18-19
  1.4 本文研究主要内容及目标  19-21
    1.4.1 研究背景  19
    1.4.2 研究内容  19
    1.4.3 研究目标  19-21
第二章 无溶剂法合成TDI 型聚氨酯－丙烯酸酯复合乳液及表征  21-40
  2.1 实验方案  21
  2.2 实验部分  21-29
    2.2.1 主要实验试剂与精制  21-22
    2.2.2 主要官能团分析测试方法  22-25
    2.2.3 水性PUA 合成步骤  25-27
    2.2.4 PUA 薄膜制备  27
    2.2.5 测试仪器及方法  27-29
  2.3 结果与讨论  29-39
    2.3.1 预聚物在MMA 和丙酮中的反应速率  29-30
    2.3.2 [NCO]/[OH]比对预聚物乳液形成的影响  30-31
    2.3.3 羧基含量对乳液性质的影响  31
    2.3.4 三乙胺加入次序对乳液形成的影响  31-32
    2.3.5 丙烯酸酯含量对乳液稳定性的影响  32
    2.3.6 引发剂及聚合温度对复合乳液形成的影响  32-33
    2.3.7 PUA 膜的红外分析  33-35
    2.3.8 不同丙烯酸酯对TDI-PU/PA 膜张力强度的影响  35
    2.3.9 不同丙烯酸酯对TDI-PU/PA 膜摆杆硬度的影响  35-36
    2.3.10 MMA 的量对TDI-PU/PA 膜耐水性的影响  36-37
    2.3.11 TDI 和IPDI 型复合乳液中钛白粉的可加入量  37-38
    2.3.12 钛白粉加入对遮盖力和硬度的影响  38-39
  2.4 本章小结  39-40
第三章 辐射法聚合法制备有机氟改性PUA 复合乳液  40-53
  3.1 背景及方案设计  40
  3.2 实验部分  40-45
    3.2.1 主要实验试剂与精制  40-42
    3.2.2 F-PUA 复合乳液的合成路线  42
    3.2.3 具体实验操作步骤  42-44
    3.2.4 F-PUA 薄膜制备  44
    3.2.5 测试仪器及方法  44-45
  3.3 实验结果与讨论  45-51
    3.3.1 FPUA 红外谱图分析  45-47
    3.3.2 FPUA 膜硬度的测试  47-48
    3.3.3 FPUA 膜热性能  48-49
    3.3.4 FPUA 膜力学性能  49
    3.3.5 FPUA 膜的接触角测试  49-50
    3.3.6 FPUA 膜的耐水性测试  50-51
  3.4 本章小结  51-53
结论  53-54
参考文献  54-57
致谢  57-58
攻读硕士期间发表的文章  58

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中图分类: > 工业技术 > 一般工业技术 > 工程材料学 > 复合材料 > 非金属复合材料
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