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水性紫外光固化聚氨酯丙烯酸酯树脂的制备与研究

作　者: 万成龙
导　师: 贺建芸
学　校: 北京化工大学
专　业: 材料科学与工程
关键词: 水性紫外光固化 聚氨酯丙烯酯 高支化聚酯 改性 光引发剂
分类号: TQ323.8
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


水性紫外光固化涂料以固化速度快、涂膜性能优良、环境友好、节约能源、可涂装各种基材和费用较低等优异性能在近20多年来得到了高速发展,是面向二十一世纪的绿色环保产品。本实验合成了四种不同的水性光固化聚氨酯丙烯酸酯树脂,编号分别为：WPUA-1、WPUA-2、WPUA-3、WPUA-4;其中WPUA-1树脂是基于聚丙二醇(PPG)、甲苯二异氰酸酯(TDI)、2,2-二羟甲基丙酸(DMPA)、丙烯酸羟乙酯(HEA),采用分步法合成的；WPUA-2树脂用聚酯二元醇(PHA)代替聚醚二元醇(PPG),其它单体不变,采用分步法合成的；WPUA-3树脂用合成出来的亲水二元醇(M-T)代替DMPA,其它单体不变,采用分步法合成的；WPUA-4树脂以聚丙二醇(PPG)、甲苯二异氰酸酯(TDI)、2,2-二羟甲基丙酸(DMPA)、丙烯酸羟乙酯(HEA)为单体,采用一步法合成的。本文主要讨论WPUA-1树脂及其乳液的性能,并对四种树脂及其乳液的性能进行对比。本文详细讨论了在WPUA-1体系中,亲水基团含量、中和剂种类和中和度对树脂亲水性、乳液外观和乳液稳定性的影响,以及预聚物分子结构设计、光引发剂种类、光引发剂用量、干燥条件、中和度和乳液固含量对涂膜光固化速度的影响；同时对WPUA-1固化膜的力学性能及耐化学试剂性能进行了测定,最后考察了高支化聚酯加入量对WPUA-1涂膜光固化速度和力学性能的影响。结果表明：在WPUA-1体系中,n(-COOH)为0.61 mmol时,制备的乳液为蓝光半透明稳定,乳液平均粒径为40.7nm,此时涂膜的光固化速度最快,固化膜的力学性能和耐化学试剂性能最好；选用三乙胺作为中和剂时,中和度为90%,树脂的水分散效果最佳；阻聚剂选用对羟基苯甲醚,占树脂的质量分数为5‰,溶剂为丁酮,在树脂合成中加入10mL,催化剂选用二月桂酸二丁基锡,合成出的树脂及其乳液的稳定性较好；n(PPG):n(TDI)为1：3,光引发剂为819-DW,占乳液的质量分数为3%,中和度为90%,乳液固含量为40%,涂膜在80℃条件下干燥2min,涂膜的光固化速度最快；高支化聚酯加入量为10%时,WPUA-1涂膜光固化速度和涂膜力学性能都大副提高；在WPUA-1、WPUA-2、WPUA-3、WPUA-4四种不同体系中,WPUA-1体系的综合性能最好。

全文目录


摘要  3-5
ABSTRACT  5-12
第一章 前言  12-24
  1.1 本课题相关领域的历史、现状和前沿发展情况  12-16
    1.1.1 水性光固化涂料的发展历史  12-13
    1.1.2 水性光固化涂料的应用现状  13-14
    1.1.3 水性光固化涂料的研究进展  14-16
  1.2 水性光固化涂料的组成  16-21
    1.2.1 水性光固化树脂  16-19
    1.2.2 水性光引发剂  19-20
    1.2.3 表面活性剂  20-21
  1.3 水性光固化涂料的优缺点  21-23
    1.3.1 水性光固化涂料的优点  21-22
    1.3.2 水性光固化涂料的存在的问题  22
    1.3.3 水性光固化涂料的技术难点  22-23
  1.4 本课题研究的目的和内容  23-24
    1.4.1 本课题研究的目的  23
    1.4.2 本课题研究的内容  23-24
第二章 实验部分  24-36
  2.1 实验原料  24-25
  2.2 主要仪器及设备  25
  2.3 合成工艺  25-29
    2.3.1 原材料的预处理  25
    2.3.2 实验装置和设备图  25-26
    2.3.3 实验工艺路线  26-29
  2.4 分析测试方法  29-36
    2.4.1 酸值的测定  29-30
    2.4.2 异氰酸酯基含量的测定  30-31
    2.4.3 树脂的提纯  31
    2.4.4 红外光谱分析  31
    2.4.5 固含量的测定  31-32
    2.4.6 平均粒径的测定  32
    2.4.7 凝胶含量的测定  32
    2.4.8 涂膜光固化速度的测定  32-33
    2.4.9 固化膜吸水率的测定  33
    2.4.10 铅笔硬度的测定  33
    2.4.11 涂膜附着力的测定  33
    2.4.12 涂膜柔顺性的测定  33-34
    2.4.13 储存稳定性的测定  34
    2.4.14 涂膜耐水性的测定  34
    2.4.15 涂膜耐化学试品的测定  34-36
第三章 结果与讨论  36-66
  3.1 预聚体的结构分析  36-37
  3.2 预聚体分子链的软硬段对体系的影响  37
  3.3 亲水基团对体系的影响  37-41
    3.3.1 预聚体水分散过程  38-39
    3.3.2 亲水基团对乳液外观及其稳定性的影响  39-40
    3.3.3 亲水基团对乳液粒径的影响  40-41
  3.4 中和剂对体系的影响  41-44
  3.5 催化剂对体系的影响  44-45
  3.6 阻聚剂对体系的影响  45-47
  3.7 溶剂对体系的影响  47-48
  3.8 温度对体系的影响  48-49
  3.9 涂膜光固化速度的影响因素  49-62
    3.9.1 预聚物结构对涂膜光固化速度的影响  50-53
    3.9.2 光引发剂对涂膜光固化速度的影响  53-56
    3.9.3 干燥条件对涂膜光固化速度的影响  56-58
    3.9.4 中和度对涂膜光固化速度的影响  58-60
    3.9.5 其它因素对涂膜光固化速度的影响  60-62
  3.10 高支化聚酯改性WPUA-1涂膜性能的研究  62
  3.11 涂膜耐化学药品性能研究  62-64
  3.12 四种不同树脂的比较  64-66
第四章 结论  66-68
参考文献  68-72
致谢  72-74
攻读硕士期间发表的学术论文  74-76
作者及导师简介  76-77
北京化工大学硕士研究生学位论文答辩委员会决议书  77-78

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中图分类: > 工业技术 > 化学工业 > 合成树脂与塑料工业 > 缩聚类树脂及塑料 > 聚氨酯类（聚氨基甲酸酯类）及塑料
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