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丙烯酸酯改性水性聚氨酯乳液的合成研究

作　者: 曾文慧
导　师: 王海侨
学　校: 北京化工大学
专　业: 材料科学与工程
关键词: 水性聚氨酯丙烯酸酯改性涂膜交联
分类号: O631.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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引　用: 2次
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内容摘要

以聚酯二元醇(PBA2000)、甲苯二异氰酸酯(TDI80／20)、一缩二乙二醇(DEG)和二羟甲基丙酸(DMPA)为基本原料,合成了一种水性聚氨酯分散体。研究了单体配方组成及反应条件对水性聚氨酯乳液及其涂膜各方面性能的影响。结果表明：当异氰酸指数(-NCO/-OH)为1.2-1.4,亲水基(-COOH)含量为1.8%-2.0%时,采用亲水单体后加入法,乳化前中和,并向预聚体中加水的加料方式,可得性能较优的PU乳液。为了进一步提高聚氨酯乳液的性能,论文在上述制备的水性聚氨酯乳液基础上,通过丙烯酸酯的引入,利用聚氨酯(PU)乳液与聚丙烯酸酯(PA)乳液性能上的互补性,以PU乳液为种子,加入丙烯酸酯单体,通过自由基乳液聚合得到聚氨酯-丙烯酸酯(PUA)复合乳液,较大程度提高了涂膜的综合性能。通过对改性的工艺方法、聚氨酯与丙烯酸酯用量的比值、影响复合乳液聚合稳定性的因素等反应条件的讨论,确定了合理的原料配比、引发剂体系以及种子乳液pH值。改性后的PUA复合乳液由于其结构所限,尚不能充分发挥PU、PA的各自优势。论文中以双丙酮丙烯酰胺(DAAM)、丙烯酸羟乙酯(HEA)为功能单体,将它们与甲基丙烯酸甲酯一同加入到种子乳液,参与乳液共聚,将可反应的官能团引入大分子链,之后以己二酸二酰肼(ADH)和含多异氰酸酯基的聚氨酯为交联剂,制备了酮肼、异氰酸酯基双重自交联型聚氨酯-丙烯酸酯复合乳液。讨论了功能单体用量、官能团当量比、异氰酸酯添加量等对乳液及漆膜各项性能的影响,得到了最优配方。研究发现,与单纯的PU、未交联PUA相比,双重交联改性下得到的复合乳液成膜后的交联度可达90%以上,其硬度、耐水、耐丙酮性等性能得到显著提高,具有良好应用性能。

全文目录

摘要  4-6
ABSTRACT  6-14
第一章绪论  14-34
  1.1 引言  14
  1.2 水性聚氨酯的分类  14-18
    1.2.1 按分散状态分类  14-15
    1.2.2 按使用形式分类  15-17
    1.2.3 按亲水基团的性质分类  17-18
  1.3 水性聚氨酯的制备  18-20
    1.3.1 丙酮法  19
    1.3.2 预聚体法  19
    1.3.3 熔融分散法  19-20
    1.3.4 酮亚胺/酮连氮法  20
    1.3.5 保护端基乳化法  20
  1.4 水性聚氨酯结构与性能的关系  20-22
    1.4.1 软段的影响  20-21
    1.4.2 硬段的影响  21
    1.4.3 硬段软段比(质量比)的影响  21-22
    1.4.4 PU结构与其耐水性的关系  22
  1.5 水性聚氨酯的改性  22-30
    1.5.1 改进单体  23-24
    1.5.2 优化复合  24-27
    1.5.3 交联改性技术  27-30
  1.6 水性聚氨酯的应用及发展趋势  30-32
    1.6.1 涂料领域  30-31
    1.6.2 纺织业  31
    1.6.3 皮革加工业  31
    1.6.4 发展趋势  31-32
  1.7 本论文的研究意义、目的及主要内容  32-34
第二章实验部分  34-41
  2.1 实验主要试剂  34
  2.2 实验装置图  34-35
  2.3 实验主要仪器与设备  35-36
  2.4 实验方法  36-38
    2.4.1 水性聚氨酯乳液的合成  36-37
    2.4.2 水性聚氨酯-丙烯酸酯(PUA)乳液的合成  37
    2.4.3 室温交联固化体系的制备  37-38
  2.5 分析测试  38-41
    2.5.1 预聚体中-NCO含量  38
    2.5.2 红外光谱  38
    2.5.3 乳液固含量  38
    2.5.4 乳液黏度  38-39
    2.5.5 乳胶粒子粒径及乳液Zeta电位  39
    2.5.6 乳液储存稳定性  39
    2.5.7 胶膜的制备  39
    2.5.8 木板涂膜的制备  39
    2.5.9 凝胶率  39
    2.5.10 交联度  39
    2.5.11 力学性能  39-40
    2.5.12 硬度  40
    2.5.13 吸水率  40
    2.5.14 涂膜耐水、耐醇、耐丙酮性  40
    2.5.15 涂膜光泽度  40
    2.5.16 涂膜耐冲击性  40-41
第三章水性聚氨酯乳液的合成研究  41-61
  3.1 水性聚氨酯聚合工艺的确定  41-52
    3.1.1 异氰酸酯基团的基本反应  41-43
    3.1.2 水性聚氨酯(WPU)合成基本反应  43-44
    3.1.3 反应投料方式的讨论  44-47
    3.1.3 中和过程的讨论  47-49
    3.1.4 水化方式的讨论  49-51
    3.1.5 丙酮工艺的讨论  51-52
  3.2 小分子扩链剂的影响  52-53
  3.3 原料投料比的影响  53-60
    3.3.1 异氰酸指数R(-NCO/-OH)  53-55
    3.3.2 亲水基含量  55-58
    3.3.3 扩链剂DEG  58-59
    3.3.4 结构表征  59-60
  本章小结  60-61
第四章丙烯酸酯改性水性聚氨酯研究  61-76
  4.1 半连续种子乳液聚合法  62-64
  4.2 平衡溶胀法  64-66
  4.3 PH值对丙烯酸改性聚氨酯体系稳定性的影响  66-67
  4.4 KPS-SBS引发体系下丙烯酸改性水性PU研究  67-68
  4.5 酮肼交联体系的研究  68-73
    4.5.1 反应机理  69-70
    4.5.2 结构表征  70-71
    4.5.3 功能单体DAAM用量对乳液性能的影响  71
    4.5.4 DAAM/ADH当量比对乳液性能的影响  71-73
  4.6 聚氨酯固化剂用量的影响  73-75
  本章小结  75-76
第五章结论  76-77
参考文献  77-80
致谢  80-81
研究成果及发表的学术论文  81-82
作者和导师简介  82-83
北京化工大学硕士研究生学位论文答辩委员会决议书  83-84

丙烯酸酯改性水性聚氨酯乳液的合成研究

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