水性聚氨酯改性丙烯酸酯共聚物复合乳液的合成及性能研究

论文摘要

近年来,随着环境污染问题的严重以及石油资源的枯缺,水性涂料研究和开发已经引起了人们的广泛关注,并具有十分广阔的发展前景。丙烯酸酯共聚物（PA）乳液和聚氨酯（PU）分散液都是目前市场上广泛使用的水性涂料基料,它们均具有各自的优点,然而在某些性能方面也不尽如人意。本论文重点进行了聚氨酯改性丙烯酸酯共聚物复合乳液（PUA）的研究,提高两组份的相容性,充分发挥两者的优点,提高它们的综合性能。本论文还合成了一种新的带双键的环氧树脂功能性单体,制备了具有不同核壳结构的环氧树脂改性PUA复合乳液。值得一提的是,PU位于乳胶粒子核层,PA位于乳胶粒子壳层的环氧树脂改性PUA复合乳液的研究我们未见报道。本论文制备了丙烯酸酯共聚物乳液,主要探讨了不同的制备方法、软硬单体（甲基丙烯酸甲酯MMA、苯乙烯St、丙烯酸丁酯BA）的用量、双丙酮丙烯酰胺（DAAM）的用量、种子乳液用量、丙烯腈单体（AN）的用量、以及乳化剂COPS-I与CO-436配比等因素对乳液和乳胶膜性能的影响。另外,对环氧树脂（EP）改性PA乳液进行了初步研究。结果表明采用半连续种子乳液聚合方法,MMA:St:BA用量为18:16:14,种子乳液用量为10%-15%,COPS-I与CO-436配比为4:1,DAAM用量为4%时得到的丙烯酸酯共聚物乳液综合性能较好;另外引入环氧树脂可以改善PA乳胶膜耐水、耐溶剂、力学等性能。本论文用原位法合成了PUA复合乳液,主要研究了NCO/OH摩尔比、二羟甲基丙酸（DMPA）的用量、三羟甲基丙烷（TMP）的用量,以及PU与PA的质量比等因素对PUA复合乳液和乳胶膜性能的影响,并对纳米SiO2改性水性PU进行了初步探讨。结果表明当NCO/OH摩尔比在1.3-1.4,DMPA用量为5%-6%,TMP用量为2%-3%,PA与PU质量比为65/35-50/50时,PUA复合乳液的综合性能较好;当纳米SiO2改性水性PU用量为2.5%时,PU的综合性能较好,但纳米SiO2的团聚现象比较严重。本论文进行了水性环氧树脂改性聚氨酯-丙烯酸酯复合乳液的合成研究。利用N-羟甲基丙烯酰胺与环氧树脂E-44反应,合成一种新的带双键环氧树脂功能性单体。并采用原位法分别合成了四种不同核壳结构的环氧树脂改性PUA复合乳液,研究了复合乳液和乳胶膜性能。引入环氧树脂改性PUA复合乳液后,乳胶膜的疏水性、耐甲苯溶剂性能、拉伸强度、弹性模量等提高。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 核壳型丙烯酸酯共聚物乳液（PA）的合成
• 1.2.1 核壳型共聚物乳液的制备方法
• 1.2.2 核壳乳胶粒结构形态的影响因素
• 1.2.3 核壳共聚物乳液的聚合机理
• 1.3 水性聚氨酯（PU）的合成
• 1.3.1 外乳化法
• 1.3.2 内乳化法
• 1.4 聚氨酯改性丙烯酸酯共聚物复合乳液的制备方法
• 1.4.1 共混法
• 1.4.2 互穿网络乳液聚合
• 1.4.3 核壳乳液聚合法
• 1.4.4 微乳液和细乳液聚合
• 1.5 环氧树脂对PUA复合乳液的改性研究
• 1.6 无机纳米粒子对水性PU的改性研究
• 1.7 本课题立题的目的和意义
• 1.8 本课题的研究内容及设计思路
• 第2章 丙烯酸酯共聚物乳液的合成及其改性研究
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 实验药品和仪器
• 2.2.2 样品的制备
• 2.2.3 性能测试
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 丙烯酸酯共聚物乳液的合成研究
• 2.3.1.1 软、硬单体配比对乳液及其乳胶膜性能的影响
• 2.3.1.2 种子乳液用量对乳液性能的影响
• 2.3.1.3 引发剂用量对乳液性能的影响
• 2.3.1.4 乳化剂COPS-I与CO-436配比对乳液性能的影响
• 2.3.1.5 单体投料方式对乳胶粒的大小及形态影响
• 2.3.1.6 丙烯酸酯共聚物乳胶膜DSC测试
• 2.3.1.7 加入丙烯腈单体参与共聚对乳液及乳胶膜性能的影响
• 2.3.2 室温自交联丙烯酸酯共聚物乳液的合成研究
• 2.3.2.1 DAAM用量对乳液性能的影响
• 2.3.2.2 DAAM用量对乳胶膜吸水率、耐甲苯溶剂性能的影响
• 2.3.2.3 DAAM用量对乳胶膜力学性能的影响
• 2.3.2.4 室温自交联乳液的乳胶膜DSC测试
• 2.3.2.5 室温自交联乳液TEM测试
• 2.3.2.6 不同胺类交联剂对交联反应及对乳胶膜性能的影响
• 2.3.3 环氧树脂-丙烯酸酯共聚物复合乳液的合成及性能研究
• 2.3.3.1 环氧树脂的用量对乳液性能的影响
• 2.3.3.2 环氧树脂的用量对乳胶膜耐水、耐甲苯溶剂性能的影响
• 2.3.3.3 环氧树脂的用量对乳胶膜力学性能的影响
• 2.3.3.4 环氧树脂改性丙烯酸酯共聚物乳液的TEM分析
• 2.4 本章小结
• 第3章 水性聚氨酯改性丙烯酸酯共聚物乳液的合成及其性能研究
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 实验材料和仪器
• 3.2.2 样品的制备
• 3.2.3 性能测试
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 水性聚氨酯的合成及其对丙烯酸酯共聚物乳液的改性研究
• 3.3.1.1 NCO/OH值对PUA复合乳液性能的影响
• 3.3.1.2 DMPA用量对PUA复合乳液性能的影响
• 3.3.1.3 TMP用量对复合乳液性能的影响
• 3.3.1.4 丙烯酸酯共聚物与水性聚氨酯配比对复合乳液和乳胶膜性能影响
• 3.3.1.5 PUA红外测试表征
• 3.3.2 水性聚氨酯改性丙烯酸酯共聚物复合乳液合成方法研究
• 3.3.2.1 不同制备方法对复合乳液性能的影响
• 3.3.2.2 不同制备方法对乳胶膜水接触角、耐甲苯溶剂性能的影响
• 3.3.2.3 不同制备方法对乳胶膜力学性能的影响
• 3.3.2.4 水性聚氨酯改性丙烯酸酯共聚物乳胶膜红外分析
• 3.3.2.5 水性聚氨酯改性丙烯酸酯共聚物乳胶膜DSC测试
• 3.3.2.6 水性聚氨酯改性丙烯酸酯共聚物复合乳液的透射电镜
• 3.3.2.7 PA、PU、PU/PA、PUA膜表面的显微镜分析
• 3.3.2.8 PA、PU、PU/PA、PUA膜表面的AFM分析
• 3.3.3 纳米二氧化硅改性水性聚氨酯性能的研究
• 2的用量对水性聚氨酯性能的影响'>3.3.3.1 纳米SiO₂的用量对水性聚氨酯性能的影响
• 2的用量对PU膜的水接触角、耐甲苯溶剂性能的影响'>3.3.3.2 纳米SiO₂的用量对PU膜的水接触角、耐甲苯溶剂性能的影响
• 2的用量对水性聚氨酯乳胶膜拉伸强度的影响'>3.3.3.3 纳米SiO₂的用量对水性聚氨酯乳胶膜拉伸强度的影响
• 2分散液的TEM测试'>3.3.3.4 PU、PU-SiO₂分散液的TEM测试
• 2乳胶膜的扫描电镜'>3.3.3.5 PU、PU-SiO₂乳胶膜的扫描电镜
• 3.4 本章小结
• 第4章 水性环氧树脂改性聚氨酯-丙烯酸酯乳液的合成及其性能研究
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 实验材料和仪器
• 4.2.2 样品的制备
• 4.2.3 性能测试
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 带双键环氧树脂功能性单体的合成及表征
• 4.3.2 不同核壳结构对复合乳液性能的影响
• 4.3.3 不同的核壳结构对乳胶膜水接触角的影响
• 4.3.4 不同核壳结构的乳胶膜甲苯溶胀率测试
• 4.3.5 不同核壳结构的乳胶膜力学性能测试
• 4.3.6 不同核壳结构的乳胶膜DSC测试
• 4.3.7 环氧树脂改性聚氨酯/丙烯酸酯乳液的TEM测试
• 4.4 本章小结
• 第5章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录:硕士期间发表及投稿的文章