高性能水性聚氨酯基乳胶的研究

论文摘要

水性聚氨酯是以水为分散介质的二元胶体体系。本论文采用自乳化法以有机硅、聚酯二元醇、异佛尔酮二异氰酸酯（IPDI）和二羟甲基丙酸（DMPA）等为原料制备了一系列有机硅改性水性聚氨酯乳胶,研究了有机硅含量、DMPA含量以及乳化温度对乳胶粒径、粘度、流变性、吸水率和力学性能的影响。结果表明:随着有机硅含量的增加,乳胶粒径增大,粘度减小,水接触角增大,吸水率先下降后上升,乳胶涂膜的拉伸强度先上升后下降,断裂伸长率逐渐降低,铅笔硬度增大,流体表现为非牛顿流体特性;随着DMPA含量的增加,乳胶粒径减小,粘度增大,吸水率上升,水接触角下降,乳胶涂膜的拉伸强度逐渐上升,断裂伸长率逐渐下降,铅笔硬度略有上升;乳化温度越高,粘度越小,吸水率越大,水接触角越低,乳胶涂膜的拉伸强度降低,断裂伸长率上升,附着力略有下降。同时,本论文还制备了一系列有机硅改性水性聚氨酯—水性聚氨酯复合乳胶,通过傅立叶红外衰减全反射变换光谱（FTIR-ATR）和原子力显微镜（AFM）对有机硅在复合乳胶涂膜表面富集进行了研究。由FTIR-ATR分析可知,当有机硅含量为2.14wt%时,复合乳胶涂膜的空气面有机硅含量是基材（玻璃）面的11.59倍,表明有机硅链段向涂膜表面迁移富集;AFM测试表明有机硅改性水性聚氨酯的加入可以显著改变WPU乳胶涂膜的表面结构。有机硅含量越多,复合乳胶涂膜空气面接触角越大,吸水率越小,铅笔硬度越大,表面自由能下降越明显;DMPA含量越少,复合体系涂膜的吸水率越小,接触角越大,表面自由能下降越多,铅笔硬度越小;乳化温度越低,接触角越大,表面自由能越小,吸水率越小。本论文的另一方面工作采用分步法合成了一系列水性聚氨酯/聚（丙烯酸正丁酯—苯乙烯）乳胶互穿聚合物网络（WPU/P（nBA-St）LIPNs）,重点讨论了两网络间组分配比、苯乙烯含量以及DMPA含量对体系性能的影响。结果表明:乳胶体系随着P（nBA-St）含量的增加,乳胶粒径增大,粘度降低,流体近似为牛顿流体,涂膜的吸水率先降低后增大,涂膜拉伸强度降低,断裂伸长率提高,附着力降低,铅笔硬度增大;随着苯乙烯含量的增加,乳胶粒径增大,粘度降低,涂膜吸水率降低,拉伸强度增大而断裂伸长率降低,铅笔硬度提高;随着DMPA含量的增加乳胶粒径减小,粘度增大,乳胶涂膜的吸水率逐渐增加,拉伸强度增大,断裂伸长率降低,铅笔硬度增大。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 前言
• 1.1 水性聚氨酯概述
• 1.1.1 水性聚氨酯的发展概况
• 1.1.2 异氰酸酯的基本反应
• 1.1.3 水性聚氨酯的制备方法
• 1.1.4 水性聚氨酯的乳化过程及稳定机理
• 1.1.5 水性聚氨酯的结构和性能
• 1.2 水性聚氨酯的复合改性技术
• 1.2.1 环氧树脂改性
• 1.2.2 有机硅改性
• 1.2.3 乙烯基树脂互穿聚合网络改性
• 1.3 聚合物表面富集的研究
• 1.3.1 聚合物表面富集的研究概述
• 1.3.2 表面富集现象的表征方法
• 1.4 本课题的研究意义
• 1.5 本课题的研究内容
• 2 有机硅改性水性聚氨酯乳胶的制备
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 实验原料
• 2.2.2 原料的预处理
• 2.2.3 实验过程
• 2.2.4 结构表征与性能测试
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 有机硅含量对有机硅改性水性聚氨酯的性能影响
• 2.3.2 DMPA含量对有机硅改性水性聚氨酯的性能影响
• 2.3.3 乳化温度对有机硅改性水性聚氨酯的性能影响
• 2.4 本章结论
• 3 有机硅改性水性聚氨酯表面富集的研究
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 实验过程
• 3.2.2 性能测试
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 有机硅含量对有机硅表面富集的影响
• 3.3.2 DMPA含量对有机硅表面富集的影响
• 3.3.3 乳化温度对有机硅表面富集的影响
• 3.4 本章结论
• 4 水性聚氨酯/聚（丙烯酸正丁酯—苯乙烯）乳胶互穿聚合物网络的研究
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 实验原料
• 4.2.2 原料的预处理
• 4.2.3 实验步骤
• 4.2.4 性能测试
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 P（nBA-St）含量对WPU/P（nBA-St）LIPNs性能的影响
• 4.3.2 苯乙烯含量对WPU/P（nBA-St）LIPNs性能的影响
• 4.3.3 DMPA含量对WPU/P（nBA-St）LIPNs性能的影响
• 4.4 本章结论
• 5 结论与展望
• 5.1 本文主要结论
• 5.2 本文研究展望
• 6 参考文献
• 7 攻读硕士学位期间论文发表情况
• 8 致谢