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三聚体改性及高固含量水性聚氨酯

作　者: 陈广祥
导　师: 叶代勇
学　校: 华南理工大学
专　业: 化学工程
关键词: 水性聚氨酯 己二异氰酸酯三聚体 复合改性 耐黄变 高固含量
分类号: TQ630.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 307次
引　用: 2次
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内容摘要


随着世界各国对环保以及国民身体健康的重视,溶剂型涂料使用受到限制,水性涂料因其具有环保、物美价廉、技术日益成熟等优势,已经成为全球涂料发展的一个主导方向,越来越受到人们的重视。水性聚氨酯涂料以其环保、高性能、分子结构和大小可灵活调整等优点,日益成为研究和应用的热点和重点。然而,传统水性聚氨酯涂料存在易黄变、固含量低、耐水性差等缺点,因此需要对其进行有效的改性。本文以己二异氰酸酯(HDI)三聚体、甲苯二异氰酸酯(TDI)、聚醚二元醇(N220)、1,4-丁二醇(BDO)、二羟甲基丙酸(DMPA)、环氧树脂(E-20),甲基丙烯酸甲酯(MMA)等为原料,采用丙酮法合成了性能稳定、耐黄变的丙烯酸酯改性水性聚氨酯分散体(PUA)。研究了NCO/OH(初)摩尔比、NCO/OH(总)摩尔比、HDI三聚体/TDI摩尔比、DMPA含量、E-20含量、MMA含量等因素对水性PUA分散体性能的影响。确定的最优配比如下:NCO/OH(初)摩尔比为11～13,NCO/NCO(总)摩尔比为1.2～1.4,HDI三聚体/TDI摩尔比为10.5%左右,DMPA/PU百分比为6%～7%,E-20/PU的百分比为3%～5%,MMA/PU的百分比为20%。此外,本文还以聚酯二元醇(PBA)和N220、HDI、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、BDO、DMPA、E-20等为原料合成了高固含量低粘度的WPU分散体,该分散体的固含量在45%以上。研究表明,采用分子量为2000的聚酯作为软段,当NCO/OH(总)摩尔比为1.35～1.50、聚醚/聚酯比例为1:4、HDI/IPDI摩尔比为1:3、采用冰水分散易制得高固含量低粘度的WPU分散体,该分散体具有假塑性流体的特征。通过傅立叶红外光谱(FT-IR)、马尔文粒度仪、差热扫描量热仪(DSC)、原子力显微镜(AFM)、透射电镜(TEM)、扫描电镜(SEM)、热重分析(TG)和最低成膜温度测试等对HDI三聚体复合改性的WPUA和高固含量低粘度的WPU分散体进行了表征,结果表明HDI三聚体复合改性的WPUA分散体具有明显的核壳结构,以丙烯酸酯为核,聚氨酯为壳;而高固含量的WPU分散体具有良好的耐热性和耐低温性能。

全文目录


摘要  6-7
ABSTRACT  7-13
第一章 绪论  13-29
  1.1 引言  13
  1.2 水性聚氨酯的发展现状和趋势  13-15
    1.2.1 发展现状  13-14
    1.2.2 发展趋势  14-15
  1.3 水性聚氨酯的分类、应用及制备方法  15-19
    1.3.1 水性聚氨酯的分类  15-17
    1.3.2 水性聚氨酯的应用  17-18
    1.3.3 水性聚氨酯的制备方法  18-19
  1.4 水性聚氨酯的改性研究进展  19-23
    1.4.1 内交联改性  19-21
    1.4.2 环氧树脂改性  21-22
    1.4.3 丙烯酸改性  22-23
    1.4.4 其它改性  23
  1.5 HDI三聚体改性水性聚氨酯  23-25
    1.5.1 HDI三聚体介绍  23-24
    1.5.2 HDI三聚体改性双组分水性聚氨酯的研究  24
    1.5.3 HDI三聚体改性单组分水性聚氨酯的研究  24-25
  1.6 高固含量水性聚氨酯  25-27
    1.6.1 高固含量水性聚氨酯的优点  25
    1.6.2 高固含量水性聚氨酯的研究进展  25-27
  1.7 本课题的研究意义、内容和创新点  27-29
    1.7.1 本课题的研究意义  27
    1.7.2 本课题的主要研究内容  27-28
    1.7.3 本课题的主要创新点  28-29
第二章 水性聚氨酯的合成基础  29-44
  2.1 聚氨酯化学反应  29-38
    2.1.1 异氰酸酯的反应机理和动力学研究  29-30
    2.1.2 主要反应  30-35
    2.1.3 聚氨酯乳化的相反转机理  35-36
    2.1.4 水性PUA的制备原理  36-38
  2.2 主要原料的选择  38-43
    2.2.1 多异氰酸酯  38-39
    2.2.2 聚合物多元醇  39-41
    2.2.3 亲水性扩链剂  41
    2.2.4 环氧树脂  41-42
    2.2.5 溶剂  42
    2.2.6 乙烯基单体的选择  42-43
    2.2.7 引发剂的选择  43
  2.3 本章小结  43-44
第三章 HDI三聚体复合改性水性聚氨酯的合成研究  44-73
  3.1 引言  44
  3.2 实验部分  44-52
    3.2.1 原料与试剂  44-45
    3.2.2 设备与仪器  45-47
    3.2.3 合成路线  47
    3.2.4 合成步骤  47-48
    3.2.5 性能测试与表征  48-52
  3.3 结果与讨论  52-67
    3.3.1 反应工艺的确定  52-55
    3.3.2 NCO/OH(总)摩尔比对WPU的影响  55-57
    3.3.3 NCO/OH(初)摩尔比对WPU的影响  57-58
    3.3.4 HDI三聚体用量对WPU的影响  58-61
    3.3.5 DMPA含量对WPU的影响  61-63
    3.3.6 环氧树脂含量的影响  63-65
    3.3.7 MMA/PU百分比的影响  65-67
  3.4 结构与表征  67-70
    3.4.1 红外光谱分析  67-68
    3.4.2 DSC测试  68
    3.4.3 TEM测试  68-69
    3.4.4 SEM测试  69-70
    3.4.5 AFM分析  70
  3.5 本章小结  70-73
第四章 高固含量水性聚氨酯的合成和性能  73-95
  4.1 引言  73
  4.2 实验部分  73-80
    4.2.1 原料与试剂  73-74
    4.2.2 实验仪器  74
    4.2.3 合成路线  74-75
    4.2.4 合成步骤  75-76
    4.2.5 性能测试与表征  76-80
  4.3 结果与讨论  80-89
    4.3.1 NCO/OH(总)摩尔比对WPU的影响  80-82
    4.3.2 软段类型的影响  82-83
    4.3.3 软段分子量的影响  83-84
    4.3.4 HDI/IPDI摩尔比的影响  84-86
    4.3.5 水分散温度对分散体粘度的影响  86-87
    4.3.6 高固含量WPU分散体流变性的研究  87
    4.3.7 高固含量PUA分散体的制备  87-89
  4.4 结构与表征  89-93
    4.4.1 红外光谱分析  89-90
    4.4.2 粒径分析  90-91
    4.4.3 透射电镜分析  91-92
    4.4.4 热重分析(TG)  92-93
    4.4.5 最低成膜温度测试(MFT)  93
  4.5 本章小结  93-95
结论  95-97
参考文献  97-104
攻读硕士学位期间取得的研究成果  104-105
致谢  105

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中图分类: > 工业技术 > 化学工业 > 涂料工业 > 一般性问题 > 原料及辅助物料
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