自交联水性聚丙烯酸酯/聚氨酯乳液的合成与性能

论文摘要

本文以甲苯二异氰酸酯（TDI）、聚醚多元醇（N220）、2,2-二羟甲基丙酸（DMPA）、三乙胺（TEA）、甲基丙烯酸羟乙酯（HEMA）等为主要原料,采用自乳化方法合成端乙烯基水性聚氨酯乳液（WPU）。考察了NCO/OH值、DMPA及HEMA用量对聚氨酯乳液粒径、涂膜耐水性和硬度的影响。为了改善水性聚氨酯的应用性能,本工作还以丙烯酸丁酯（BA）、甲基丙烯酸甲酯（MMA）、乙酰乙酸基甲基丙烯酸乙酯（AAEM）合成了含有乙酰乙酸基的聚丙烯酸酯乳液（PA）,并采用该乳液与水性PU乳液共混,对PU聚合物进行了改性。通过聚丙烯酸酯分子中的乙酰乙酸基与聚氨酯分子上的端乙烯基之间的Michael加成反应可实现PA、PU杂化聚合物的自交联。论文考察了不同交联组分用量及PU/PA比例对共混乳液粒径和存储稳定性以及涂膜的耐水性和硬度的影响。并用TEM、力学实验技术和热分析技术研究了共混乳液乳胶粒形态和PA/PU涂膜的性能。本工作还研究了温度对共混乳液聚合物膜性能的影响,表明较高的温度可以促进交联结构的生成,有利于提高涂膜的性能。研究表明,在NCO/OH=1.62.0,HEMA/NCO=0.20.4,PU/PA=11.5的条件下可以制得综合性能较好的PA/PU涂膜。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 前言
• 第二章 文献综述
• 2.1 水性聚氨酯发展现状
• 2.2 水性聚氨酯的特点、结构及对性能的影响
• 2.2.1 水性聚氨酯的特点
• 2.2.2 水性聚氨酯结构及对性能的影响
• 2.2.2.1 序列结构
• 2.2.2.2 微相分离
• 2.2.2.3 结晶
• 2.3 聚氨酯水性化方法
• 2.3.1 内乳化法和外乳化法
• 2.3.2 预聚体法、丙酮法、熔融分散法
• 2.3.3 二元胺直接扩链与酮亚胺-酮连氮法
• 2.4 丙烯酸改性水性聚氨酯技术
• 2.4.1 物理共混改性
• 2.4.1.1 聚丙烯酸乳液和聚氨酯乳液物理共混
• 2.4.1.2 PU乳液和 PA乳液交联共混
• 2.4.2 化学共聚改性
• 2.4.2.1 核壳乳液聚合法
• 2.4.2.2 溶液聚合转相法
• 2.4.2.3 原位乳液聚合法
• 2.4.2.4 PU/PA物理共混乳液与共聚乳液对比
• 2.5 水性聚氨酯室温交联技术
• 2.5.1 异氰酸酯基团的室温交联
• 2.5.2 羰基与酰肼基团的室温交联
• 2.5.3 基于Michael加成反应的室温交联
• 2.5.4 环状碳酸酯与胺基的室温交联
• 2.5.5 氮丙啶与羧基的室温交联
• 2.5.6 不饱和脂肪酸中双键的室温自氧化交联
• 2.5.7 金属离子与羧基、磺酸基等螯合作用室温交联
• 2.5.8 硅氧烷基团的室温水解缩聚交联
• 2.6 水性聚氨酯的发展
• 2.6.1 目前水性聚氨酯需要改进的方面
• 2.6.2 水性聚氨酯的发展趋势
• 2.7 本课题研究目的及内容
• 第三章 实验部分
• 3.1 实验原料
• 3.2 实验仪器
• 3.3 实验配方及步骤
• 3.3.1 原料处理
• 3.3.2 水性PU分散液的制备
• 3.3.3 聚丙烯酸酯乳液的制备
• 3.3.4 PU-PA复合乳液的制备
• 3.4 性能测试与结构表征
• 3.4.1 聚醚多元醇N220 的羟值测定
• 3.4.2 预聚体中理论游离异氰酸根-NCO（%）
• 3.4.3 预聚体中-NCO（%）的测定
• 3.4.4 乳液固含量的测定
• 3.4.5 乳液粒径测定
• 3.4.6 聚合物乳胶粒形态表征
• 3.4.7 乳液黏度的测定
• 3.4.8 乳液稳定性测试
• 3.4.8.1 乳液储存稳定性测试
• 3.4.8.2 乳液机械稳定性测试
• 3.4.8.3 乳液冻融稳定性测试
• 3.4.8.4 乳液钙离子稳定性测试
• 3.4.9 乳液涂膜的制备
• 3.4.10 涂膜铅笔硬度的测定
• 3.4.11 涂膜力学性能测试
• 3.4.12 涂膜吸水率测试
• 3.4.13 涂膜耐溶剂性测试
• 3.4.14 涂膜干燥时间测定
• 第四章 结果与讨论
• 4.1 水性聚氨酯乳液的合成研究
• 4.1.1 NCO/OH比值对PU乳液粒径及其分布的影响
• 4.1.2 NCO/OH比值对PU乳液性能的影响
• 4.1.3 DMPA含量对PU乳液粒径的影响
• 4.1.4 DMPA含量对PU乳液性能的影响
• 4.1.5 HEMA用量对PU乳液的影响
• 4.1.5.1 HEMA用量对PU乳液粒径的影响
• 4.1.5.2 HEMA用量对PU乳液粒径分布的影响
• 4.1.5.3 HEMA用量对PU乳液性能的影响
• 4.1.5.4 HEMA加入对PU乳胶粒形态的影响
• 4.2 聚丙烯酸酯乳液的合成研究
• 4.2.1 AAEM对乳液粒径及其分布的影响
• 4.2.2 AAEM对乳液及涂膜性能影响
• 4.3 PU-PA共混复合乳液
• 4.3.1 交联体系对PU-PA复合乳液粒径的影响
• 4.3.2 PU-PA复合乳液乳胶粒形态表征
• 4.3.3 PU-PA复合乳液及涂膜性能
• 4.3.4 PU-PA复合乳液涂膜机械性能研究
• 4.3.4.1 共混对涂膜机械性能的影响
• 4.3.4.2 HEMA的加入对涂膜机械性能的影响
• 4.3.5 PU-PA复合乳液DSC热行为分析
• 4.3.6 PU-PA复合乳液涂膜温度对涂膜性能的影响
• 4.3.7 PU-PA组分不同比例对共混乳液性能的影响
• 4.3.8 共混乳液稳定性测试
• 4.3.8.1 pH值对共混乳液稳定性的影响
• 4.3.8.2 长期放置乳液粒径变化
• 4.3.8.3 稳定性测试
• 第五章 结论
• 参考文献
• 致谢