紫外光固化可降解涂层用树脂的制备及性能研究

论文摘要

高分子材料与环境和资源协调发展已成为高分子领域的主流趋势。鉴于此本文以顺丁烯二酸酐、邻苯二甲酸酐、癸二酸、尿素、乙二醇、聚乙二醇-400、丙二醇为原料，采用熔融聚合工艺合成了一种兼有紫外光固化成型性和可降解性的新型不饱和聚酯酰胺脲低聚物。这种低聚物具有良好的自引发功能和水溶性，有效的降低了传统紫外光固化体系中小分子引发剂和活性单体对环境和人体的危害，其固化后涂层能够在水环境中实现降解，对环境友好，在一次性用品和食品包装等领域具有广阔的应用前景。本文通过系列实验研究了这一涂层树脂的聚合反应特性，物理特性，光固化特性，水溶性和降解特性，结果表明：（1）聚合反应酸值的降低随时间延长而减缓，当酸值控制在50左右时，产物的固化性能最优。增加尿素和癸二酸的用量均有利于聚合反应速率的提高，但原料组分中尿素的摩尔分数大于0.08时，反应速率过快，反应程度不易控制。（2）合成的低聚物分子量大于2000，流动性在80℃以上良好，在常温下较差，其颜色随尿素用量增加而加深。低聚物长期储存需避免直接光照、持续高温和环境潮湿，并需加入相应的阻聚剂。（3）所合成的低聚物在紫外光固化过程中具有明显的自引发性，不使用光引发剂，在紫外光照射30～60s后可实现固化，其固化速率随尿素用量的增加先增强后减弱。当原料组分中尿素的摩尔分数在0.04～0.05时低聚物固化速率最优，但涂层的凝胶含量比使用引发剂体系要低，不足以用作大分子引发剂，固化后涂层的硬度介于3H～4H。（4）当原料组分中尿素的摩尔分数大于0.046时，低聚物可直接溶于水。在水性体系下，原料组分中尿素摩尔分数为0.04～0.05，饱和酸与不饱和酸的摩尔比为1:7～1:9，聚乙二醇-400在二元醇组分中的摩尔分数为0.15，引发剂选用D-1173与二苯甲酮以质量比1:1混合，用量为混合体系总质量的3%～4%时，低聚物具有较好的固化性能。（5）尿素和聚乙二醇-400用量的增加均有利于低聚物亲水性的提高，使水解速率加快，综合低聚物光固化性能考虑，聚乙二醇-400在醇组分中的的摩尔分数不宜超过0.15，尿素在原料组分中的摩尔分数不宜超过0.06。当不饱和酸与饱和酸的摩尔比为7:1，饱和酸组分中邻苯二甲酸酐与癸二酸的摩尔比为1:1.1时，低聚物兼有较好的固化性能和水解性能。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 插图索引
• 附表索引
• 第1章 绪论
• 1.1 前言
• 1.2 高分子的紫外光固化
• 1.2.1 紫外光固化技术
• 1.2.2 紫外光固化体系
• 1.2.3 紫外光固化研究进展
• 1.3 高分子材料的降解
• 1.3.1 可降解高分子材料
• 1.3.2 高分子降解的形式
• 1.3.3 影响高分子降解的因素
• 1.3.4 可降解高分子材料的应用
• 1.4 本课题研究的意义及内容
• 第2章 实验部分
• 2.1 实验原料及仪器
• 2.2 测试及表征
• 2.2.1 红外光谱表征
• 2.2.2 相对分子量测定
• 2.2.3 红外光谱测定
• 2.2.4 黏度测定
• 2.2.5 储存稳定性测试
• 2.2.6 固化速率测试
• 2.2.7 凝胶含量测定
• 2.2.8 涂层硬度测试
• 2.2.9 涂层冲击强度测试
• 2.2.10 涂层耐溶剂性测试
• 2.2.11 涂层吸水率测试
• 2.2.12 涂层降解性测试
• 2.2.13 扫描电镜分析
• 第3章 不饱和聚酯酰胺脲的合成
• 3.1 不饱和聚酯酰胺脲的合成原理
• 3.2 原料及工艺选择
• 3.3 合成工艺流程
• 3.4 合成反应的控制
• 3.4.1 反应时间的影响
• 3.4.2 原料配比的影响
• 3.5 合成产物的物理性能
• 3.6 合成产物的储存稳定性
• 3.7 合成产物的结构分析
• 3.8 本章小结
• 第4章 不饱和聚酯酰胺脲的自引发
• 4.1 不饱和聚酯酰胺脲的自引发及其光固化机理
• 4.2 尿素对不饱和聚酯酰胺脲自引发性能的影响
• 4.2.1 尿素对固化速率的影响
• 4.2.2 尿素对固化程度的影响
• 4.2.3 尿素对涂层性能的影响
• 4.3 原料组分对固化性能的影响
• 4.3.1 二元酸组分对低聚物固化性能的影响
• 4.3.2 二元醇组分对低聚物固化性能的影响
• 4.4 本章小结
• 第5章 水性体系下涂层树脂的光固化
• 5.1 不饱和聚酯酰胺脲的水溶性
• 5.1.1 尿素对不饱和聚酯酰胺脲水溶性的影响
• 5.1.2 胺试剂对不饱和聚酯酰胺脲的水溶性的影响
• 5.2 水性体系下不饱和聚酯酰胺脲的光固化
• 5.2.1 水稀释量的影响
• 5.2.2 引发剂的影响
• 5.2.3 胺试剂对固化的影响
• 5.3 本章小结
• 第6章 不饱和聚酯酰胺脲的降解
• 6.1 固化涂层降解的进程
• 6.2 尿素对低聚物降解的影响
• 6.3 二元酸对低聚物降解的影响
• 6.4 二元醇对低聚物降解的影响
• 6.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录A 攻读学位期间所发表的学术论文及专利
• 致谢