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高档木器涂料用水性聚氨酯丙烯酸酯复合乳液的合成研究

作　者: 刘天亮
导　师: 沈慧芳
学　校: 华南理工大学
专　业: 化学工程
关键词: 脂肪族聚氨酯-丙烯酸酯耐黄变聚四氢呋喃醚二醇木器涂料
分类号: TQ630.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

随着人们环保意识的增强和国际、国内环保法规的日益严格和完善,要求涂料向低污染、高性能的方向发展。木器涂料与人们的生活息息相关,直接影响着人们的身体健康和生活水平,因此,水性木器涂料成为了研究热点。水性聚氨酯丙烯酸酯(PUA)以其优异的性能而成为高档木器涂料的重要研究方向。国内在TDI(甲苯二异氰酸酯)型聚氨酯水性涂料方面研究得较多,但TDI型聚氨酯木器涂料易黄变,不适用于高档木器涂料对耐黄变的要求,本研究主要开发用于高档木器涂料的高性能脂肪族PUA乳液。以异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)与聚醚二元醇N220、聚四氢呋喃醚二醇(PTMEG)为基本原料,采用逐步加成聚合法,三羟甲基丙烷(TMP)等为交联剂,先以1,4-丁二醇(BDO)扩链,后引入二羟甲基丙酸(DMPA)亲水基团,然后经三乙胺(TEA)中和,得聚氨酯预聚物。将聚氨酯预聚物高速剪切分散于水中,并以乙二胺(EDA)扩链,得到聚氨酯(PU)分散体。将甲基丙烯酸甲酯(MMA)预先分散于聚氨酯分散体中,然后以偶氮二异丁腈(AIBN)为引发剂引发聚合得到PUA复合乳液。首先研究了分别以聚醚多元醇N220、聚四氢呋喃醚二醇和聚碳酸酯二醇为多元醇单独使用,或以不同的比例复配使用合成了系列PUA复合乳液,较详细的对系列乳液及相应涂膜的性能进行了比较,最终确定了以PTMEG 50%替代N220为最佳方案。在PTMEG和N220各占50%复配使用的条件下,研究了预聚温度与时间、有机溶剂添加量、乳液聚合温度、-NCO/-OH摩尔比、三羟甲基丙烷交联剂的用量、DMPA亲水扩链剂用量、剪切乳化工艺等因素对聚氨酯水分散体及其性能的影响,确定了合成PUA复合乳液的最佳工艺和配方。预聚初期温度在60~65℃之间,后期保温温度在75℃左右;预聚时间7.5h;有机溶剂添加量15%;初NCO/OH摩尔比为10.5~11.0;总-NCO/-OH摩尔比为1.35; TMP用量为2.0%;分散温度20℃-30℃;采用直接分散法、后中和工艺,叶轮转速4000-5000r/min;PUA乳液聚合温度70℃-75℃;MMA添加量20%-30%。利用现代分析测试手段如红外光谱、凝胶渗透色谱、扫描电镜、示差扫描量热分析(DSC)对PUA乳液进行了表征。红外光谱分析表明,-NCO与-OH基团都很好的参与了反应,生成了氨基甲酸酯基团;对合成过程的凝胶渗透色谱跟踪分析表明,PU分子量的增大主要在胺扩链阶段,最终产品的分子量在105数量级;通过扫描电镜对胶膜断面进行了表征,未经交联改性的断面很光滑,而经改性后的断面就很粗糙。

高档木器涂料用水性聚氨酯丙烯酸酯复合乳液的合成研究

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