交联固化型阴极聚氨酯电泳树脂的制备与性能

论文摘要

脂肪族聚氨酯阴极电泳漆具有VOC含量低、不易燃、优异的耐黄变性、良好的耐化学性等优点。基于交联固化型阴极聚氨酯电泳树脂具有更强的附着力、耐化学品腐蚀性和耐溶剂性等特点,本论文研究了交联固化型单组分和交联固化型双组分聚氨酯电泳树脂的制备及性能。论文包括以下两部分:第一部分为交联固化型单组分阴极聚氨酯电泳树脂的制备及性能。研究了电泳电压、乳液温度及固含量,主溶剂种类、助溶剂用量,软段、多异氰酸酯及封端剂种类,环氧丙烯酸树脂（PPG-EA）和过氧化二苯甲酰（BPO）用量,烘烤温度等对乳液外观和电泳漆膜性能的影响。实验结果表明,电泳电压的增大有利于漆膜的厚度增加和耐酸性的改善;当乳液温度为30℃、乳液固含量为13%、主溶剂为1,4-二氧六环、助溶剂为5%的PPH时,能够获得平整致密、光泽度达到124.5、耐酸性达到24h的漆膜;同种类型的多元醇,分子量越小,漆膜的吸水率越低,耐水性就越好,聚醚型的耐水性优于聚酯型;当二苯基甲烷二异氰酸酯（MDI）占总多异氰酸酯的质量分数为10%时,获得的漆膜致密平整,耐水性达到480h,耐酸性达到18h;当甲基丙烯酸羟乙酯（HEMA）占总封端剂的质量分数为5%时,漆膜耐水性达到528h,耐酸性达到16h;当PPG-EA用量为3.08%、BPO用量为0.6%、烘烤温度为140℃时,漆膜的耐酸性达到18h,耐盐雾性达到984h。第二部分为交联固化型双组分阴极聚氨酯电泳树脂的制备及性能。采用NMR法跟踪了合成固化剂的甲基二乙醇胺（MDEA）亲水扩链反应过程;采用原位红外光谱检测技术,跟踪了固化剂的解封过程和双组分聚氨酯树脂的交联固化过程;用TG、DSC对漆膜进行热性能分析;用XRD分析了聚氨酯漆膜的形态结构;研究了烘烤温度、烘烤时间及乳液固含量、固化剂用量、软段种类、催化剂用量、助剂种类和用量等对乳液外观和电泳漆膜性能的影响。实验结果表明,在固化剂合成过程中,MDEA亲水扩链反应过程的最佳反应时间为60min;原位变温红外对固化剂跟踪检测,当温度高于70℃,-NH和-C=O官能团的谱带移向高波数,当温度达到120℃时,-NCO官能团开始解封出来,参与交联反应;原位变温红外对双组分聚氨酯跟踪检测,温度的变化主要影响氨基甲酸酯中-NH和-NCO的吸收强度,而对其它官能团的吸收强度无明显影响;TG和DSC分析表明,催化剂DBTDL有助于提高漆膜的热稳定性;XRD分析表明,当R值为5.0,聚氨酯的结构较规整;当烘烤条件为140℃×1h、乳液固含量为15%,能够获得平整的漆膜,耐酸性达到24h;当固化剂加入量为15%,PTMG-1000为软段时,漆膜致密光滑;DABCO的加入能有效提高漆膜的耐酸性,DBTDL对降低固化剂的解封温度和改善漆膜流挂现象有作用;异丙醇有助于降低乳液的表面张力,改善漆膜表面的针孔和气泡等弊病。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 符号说明
• 第一章 文献综述
• 1.1 水性聚氨酯
• 1.1.1 水性聚氨酯的分类
• 1.1.2 水性聚氨酯涂料的制备
• 1.2 水性聚氨酯涂料（树脂）的改性
• 1.2.1 丙烯酸改性
• 1.2.2 环氧树脂改性
• 1.2.3 有机硅改性
• 1.2.4 交联改性
• 1.3 水性双组分聚氨酯涂料
• 1.3.1 水性双组分聚氨酯涂料的组成
• 1.3.2 水性双组分聚氨酯涂料的成膜机理
• 1.3.3 水性双组分聚氨酯涂料的制备工艺
• 1.3.4 水性双组分聚氨酯涂料性能的影响因素
• 1.4 阴极电泳涂装工艺
• 1.4.1 阴极电泳涂装的特点
• 1.4.2 阴极电泳涂装过程
• 1.4.3 阴极电泳涂料的发展方向
• 1.4.4 阴极电泳涂装现有工艺的缺陷
• 1.5 本课题研究的意义
• 1.6 本课题的研究内容
• 第二章 实验部分
• 2.1 主要原料及设备
• 2.1.1 原料
• 2.1.2 设备
• 2.2 封端型水性聚氨酯的制备
• 2.3 端羟基阳离子聚氨酯树脂的制备
• 2.4 水分散聚氨酯固化剂的制备
• 2.5 涂膜的制备
• 2.6 测试与表征
• 第三章 交联固化型单组分阴极聚氨酯电泳树脂的制备及性能
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 实验原料
• 3.2.2 单组分聚氨酯电泳树脂的合成
• 3.2.3 聚氨酯电泳漆膜的固化原理
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 电压对漆膜厚度及耐酸性的影响
• 3.3.2 乳液温度对漆膜性能的影响
• 3.3.3 乳液固含量对漆膜外观及性能的影响
• 3.3.4 溶剂对漆膜性能的影响
• 3.3.5 软段种类对漆膜的影响
• 3.3.6 MDI含量对漆膜性能的影响
• 3.3.7 HEMA含量对漆膜性能的影响
• 3.3.8 PPG-EA对单组分聚氨酯树脂的改性研究
• 3.3.9 中和度对漆膜性能的影响
• 3.4 小结
• 第四章 交联固化型双组分阴极聚氨酯电泳树脂的制备及性能
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 实验原料
• 4.2.2 实验原理
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 NMR法跟踪聚氨酯固化剂制备的亲水扩链过程
• 4.3.2 水分散聚氨酯固化剂的红外结构分析
• 4.3.3 水分散聚氨酯固化剂的原位解封跟踪
• 4.3.4 双组分聚氨酯树脂的原位解封跟踪
• 4.3.5 双组分聚氨酯树脂的TG和DSC分析
• 4.3.6 双组分聚氨酯漆膜的XRD分析
• 4.3.7 烘烤温度对漆膜表观及性能的影响
• 4.3.8 烘烤时间对漆膜表观及性能的影响
• 4.3.9 乳液固含量对漆膜表观及性能的影响
• 4.3.10 水分散固化剂对漆膜的影响
• 4.3.11 软段种类对漆膜表观及性能的影响
• 4.3.12 催化剂对漆膜表观及性能的影响
• 4.3.13 助剂对漆膜表观及性能的影响
• 4.4 小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文及参与或完成的课题