紫外光固化聚氨酯丙烯酸酯乳液的合成与固化性能研究

论文摘要

目前研发低污染环保型涂料主要集中在水性涂料、粉末涂料、高固体分涂料和辐射固化涂料四个方向，其中又以水性涂料和辐射固化涂料发展最具特色。由于水的蒸发潜热大，水性涂料的固化速率慢，而紫外光（UV）固化涂料固化速度快，但大量的活性稀释剂影响操作者的身体健康，而且残留单体影响涂膜的长期性能。本研究将传统的水性涂料技术和UV固化技术相结合制备水性UV固化PUA乳液，既缩短了水性涂料干燥时间，又减少了传统UV固化涂料中活性稀释剂的用量。以耐黄变的异佛尔酮二异氰酸酯（IPDI）、柔顺性良好的聚醚二元醇（DL-1000）、带有亲水基团的二羟甲基丙酸（DMPA）和引入C=C双键的甲基丙烯酸-β-羟乙酯（HEMA）为主要原料合成了具有感光性的PUA乳液。其中由IPDI、DL-1000和DMPA等制备出PUA预聚物的PU部分，然后由HEMA封端作为预聚物的PA部分并引入C=C双键使预聚物具有感光性，胺中和、水分散便得到PUA乳液。由此PUA乳液与活性稀释剂二缩三丙二醇二丙烯酸酯（TPGDA）和光引发剂配制具有感光性的PUA复配混合液并经UV固化成膜。研究了PUA乳液合成过程中DMPA的反应温度及用量、催化剂DBTDL用量、-NCO/-OH摩尔比、封端剂HEMA的反应温度及用量、阻聚剂对苯二酚用量、中和度等因素的影响，得到了优化的乳液合成反应条件与原料配方。利用傅里叶红外光谱（FTIR）对PUA乳液的聚合物结构进行了表征。研究了光固化反应过程中活性稀释剂TPGDA用量、光引发剂的种类及用量等因素的影响，得到了优化的光固化反应条件与复配混合液配方。利用热综合（TG）分析对UV固化PUA涂膜的热稳定性进行了测试。研究结果表明：DMPA反应温度为80℃82℃及用量为5.5%～6.0%、DBTDL用量为DMPA用量的0.4%、-NCO/-OH摩尔比为1.55、HEMA反应温度为65℃及用量为11%12%、对苯二酚用量为HEMA用量的0.5%、中和度为100%、TPGDA用量为9%、光引发剂为TPO及其用量为4%、光照时间为7.0s时，乳液和涂膜的性能最佳。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 紫外光固化技术的理论基础
• 1.2.1 紫外光固化技术的基本原理
• 1.2.2 紫外光固化技术的工艺特点
• 1.3 水性紫外光固化涂料的研究进展
• 1.3.1 水性紫外光固化涂料
• 1.3.2 水性紫外光固化预聚物
• 1.3.3 光引发剂
• 1.3.4 活性稀释剂
• 1.4 本文研究内容及主要解决问题
• 第2章 实验部分
• 2.1 引言
• 2.2 原料的选择
• 2.2.1 异氰酸酯
• 2.2.2 低聚二元醇
• 2.2.3 亲水扩链剂
• 2.2.4 -NCO 基封端剂
• 2.2.5 阻聚剂
• 2.2.6 有机溶剂
• 2.2.7 中和剂
• 2.2.8 光引发剂
• 2.2.9 活性稀释剂
• 2.3 实验原料与仪器
• 2.3.1 实验原料
• 2.3.2 实验仪器
• 2.4 实验原理及实验步骤
• 2.4.1 实验原理
• 2.4.2 实验步骤
• 2.5 分析测试
• 2.5.1 -NCO 含量的测定
• 2.5.2 产物酸值的测定
• 2.5.3 乳液性能测定
• 2.5.4 涂膜性能测定
• 第3章 实验结果与讨论
• 3.1 引言
• 3.2 PUA 乳液合成过程的影响因素
• 3.2.1 DMPA 的影响
• 3.2.2 催化剂的影响
• 3.2.3 -NCO/-OH 值的影响
• 3.2.4 HEMA 的影响
• 3.2.5 阻聚剂的影响
• 3.2.6 中和度的影响
• 3.2.7 PUA 乳液的红外（FTIR）表征
• 3.3 光固化反应过程的影响因素
• 3.3.1 活性稀释剂的影响
• 3.3.2 光引发剂的影响
• 3.3.3 光照时间的影响
• 3.3.4 PUA 涂膜的热重（TG）分析
• 结论
• 参考文献
• 附录 A 攻读硕士学位期间发表的论文
• 致谢