论文题目: 内交联型核壳结构聚氨酯—环氧复合乳液的合成及稳定性机理研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 化学工程
作者: 黄莹
导师: 杨卓如
关键词: 水性聚氨酯,环氧树脂,封闭型聚氨酯,内交联,防腐涂料
文献来源: 华南理工大学
发表年度: 2005
论文摘要: 水性聚氨酯取代溶剂型聚氨酯是当今聚氨酯工业的一个重要发展方向。但目前国内水性聚氨酯存在的主要问题是：耐水性和耐溶剂性等较差，严格限制了它的使用范围。因为要得到稳定的聚氨酯水分散液，聚氨酯树脂分子量就不能太大，否则难以乳化分散；而要提高涂膜性能，就必须提高树脂的分子量。此时，乳液的分散稳定性和涂膜的性能要求存在矛盾，这是目前迫切需要解决的问题。交联改性是提高水性聚氨酯耐介质性和物理机械性能最有效的方法之一，具有重要的理论和实际意义。 本文合成了一种内交联型核壳结构聚氨酯—环氧复合乳液。首先通过引入环氧树脂和预聚物封端，得到分子量适中的预聚物，其中的活泼异氰酸酯(NCO)基团暂时封闭。将预聚物转相分散在水中形成水分散液；之后再通过多元胺的反应使环氧基团、NCO基团等活性基团在乳胶粒内部反应交联。此合成方法将环氧树脂的刚性和高附着力等特性融合到聚氨酯体系中。封端的异氰酸酯链段因其疏水性主要分布在乳胶粒内部，被亲水的含羧基链段包围，使得其后的交联反应主要发生在乳胶粒内，提高交联度的同时保证了乳液的稳定性不受影响，使之性能更加优异全面。乳液可在室温成膜，无需外加交联剂或加热固化，属单组分自交联型。用自制的聚氨酯—环氧复合乳液配制的防腐涂料产品的各项性能指标超过单组分水性聚氨酯涂料，接近溶剂型涂料的水平。铅笔硬度2H，柔韧性1级，耐冲击性50cm，表干5h，实干60h，附着力1级，吸水率＜10％，涂膜浸水30天后仍然完好，3％NaCl水溶液浸泡21天后仍然完好，耐盐雾超过600h。 研究了聚氨酯—环氧复合乳液合成时环氧树脂的加入方式：机械共混法和共聚接枝法。共聚接枝法制备的乳液的稳定性较差，但相同环氧树脂含量时，共聚接枝法涂膜的耐溶剂性、耐水性及拉伸强度均较好，断裂伸长率下降。共聚法合成的复合乳液中，随着环氧树脂的环氧当量升高，乳液的贮存稳定性下降，涂膜硬度增大，拉伸强度增大，断裂伸长率下降，涂膜的耐水性变好，环氧树脂用量应控制在7—10％。共混法合成的聚氨酯—环氧复合乳液中，环氧树脂的类型对乳液及涂膜的性能影响不大。提高环氧树脂的用量，成膜物的柔韧性下降，模量提高，耐水性变好，环氧树脂的用量可达到20％。 对胺扩链反应进行了详细的研究。胺扩链剂种类对聚氨酯—环氧复合乳液的稳定性影响很大，三乙醇胺扩链制备的聚氨酯乳液稳定性较差，乙二胺和二乙烯三胺扩链可制备稳定的聚氨酯—环氧复合乳液，二乙烯三胺扩链的聚氨酯乳液涂膜的力学强度比乙二胺扩链的试样高的多，耐介质性能也有提高，但是断裂伸长率有所下降。当NH／NCO=1.0时，制得的乳液涂膜性能最好，胺扩链用量不足，聚合物分子量偏小，胺扩链剂过量则更由于小分子扩链剂的残留对涂膜造成不利影响。胺扩链反应以80℃左右较为适合。提高涂膜的交联度，可以增加涂膜的力学强度，降低涂膜的吸水率，但成膜物质的玻璃化
论文目录:
摘要
ARSTRACT
目录
第一章 绪论
1.1 前言
1.2 聚氨酯树脂涂料化学
1.2.1 异氰酸酯的反应性
1.2.2 异氰酸酯的化学反应
1.2.3 异氰酸酯的封闭
1.3 水性聚氨酯
1.3.1 水性涂料的发展概况
1.3.2 水性聚氨酯的发展概况
1.3.3 水性聚氨酯的性能特点
1.3.4 水性聚氨酯的分类
1.3.5 水性聚氨酯的制备
1.3.6 水性聚氨酯的应用
1.4 水性聚氨酯的国外研究进展
1.5 水性聚氨酯的国内研究进展
1.6 水性聚氨酯的改性
1.6.1 水性聚氨酯-丙烯酸酯共聚物
1.6.2 水性环氧改性聚氨酯涂料
1.7 单组分水性聚氨酯涂料的发展动向
1.7.1 单组分水性聚氨酯制备中的若干问题
1.7.2 单组分水性聚氨酯的交联
1.7.3 单组分水性聚氨酯的发展趋势
1.8 封闭型聚氨酯
1.8.1 影响水性封闭型聚氨酯体系稳定性的因素
1.8.2 水性化的实施方法
1.8.3 酮亚胺与苯酚封闭型聚氨酯漆
1.9 聚氨酯—环氧复合乳液及其研究进展
1.9.1 环氧树脂与异氰酸酯的反应
1.9.2 聚氨酯—环氧复合乳液研究进展
1.10 本论文的主要研究内容和创新性
1.10.1 主要研究内容
1.10.2 本课题的创新之处
第二章 聚氨酯乳液合成原理
2.1 概述
2.2 聚氨酯乳液制备原理
2.2.1 外乳化法和自乳化法
2.2.2 阴离子型聚氨酯乳液的制备
2.2.3 阳离子型聚氨酯乳液的制备
2.2.4 非离子型聚氨酯乳液
2.3 聚氨酯乳液的性质和性能
2.3.1 聚氨酯乳液液体性质
2.3.2 涂膜性能
2.3.3 影响性能的因素
2.4 本章小结
第三章 封闭型聚氨酯乳液的合成研究
3.1 引言
3.2 原材料的选择
3.2.1 二异氰酸酯
3.2.2 聚合物多元醇
3.2.3 扩链剂
3.2.4 封闭剂
3.2.5 溶剂
3.2.6 成盐剂
3.2.7 水
3.3 实验部分
3.3.1 实验原料和试剂
3.3.2 实验仪器
3.3.3 实验步骤
3.3.4 分析与测试
3.4 结果与讨论
3.4.1 预聚反应的研究
3.4.2 封闭反应的研究
3.4.3 相转变过程研究
3.4.4 封闭对涂膜性能的影响
3.5 本章小结
第四章 聚氨酯-环氧复合乳液的合成及稳定性研究
4.1 引言
4.2 实验部分
4.2.1 实验原料和试剂
4.2.2 实验仪器
4.2.3 实验步骤
4.2.4 工艺流程
4.2.5 分析与测试
4.3 结果与讨论
4.3.1 合成工艺的选择
4.3.2 环氧树脂类型的影响
4.3.3 环氧树脂用量的影响
4.3.4 胺扩链反应研究
4.4 聚氨酯—环氧复合乳液稳定性研究
4.4.1 聚氨酯乳液的稳定性
4.4.2 聚氨酯—环氧复合乳液的稳定性研究
4.5 本章小结
第五章 聚氨酯—环氧复合乳液的内交联结构及机理研究
5.1 测试仪器及方法
5.2 傅立叶变换红外(FT-IR)分析
5.2.1 原材料的红外光谱图分析
5.2.2 合成过程的红外跟踪分析
5.2.3 乳液及成膜物的红外谱图分析
5.3 合成反应凝胶渗透色谱(GPC)分析
5.3.1 原料的GPC分析
5.3.2 合成过程的GPC跟踪
5.4 聚氨酯—环氧复合乳液粒子的结构及形态研究
5.4.1 粒径及粒径分布测试
5.4.2 透射电镜(TEM)分析
5.5 示差扫描量热(DSC)分析
5.5.1 胺交联反应研究
5.5.2 微相分离行为研究
5.6 热重(TG)分析
5.7 本章小结
第六章 聚氨酯—环氧复合防腐蚀涂料配方研究
6.1 实验部分
6.1.1 实验原料
6.1.2 试验仪器和设备
6.2 水性防腐涂料的配方设计
6.2.1 配方设计基础
6.2.2 水性防腐涂料的配方组成
6.2.3 水性防腐涂料原材料的选择
6.3 水性防腐涂料的制备工艺
6.3.1 工艺流程
6.3.2 操作要点
6.4 结果与讨论
6.4.1 对比颜料体积浓度(Λ)对乳胶漆性能的影响
6.4.2 润湿分散剂的影响作用
6.4.3 增稠剂的影响
6.4.4 活性颜料碱式硅铬酸铅与磷酸锌性能比较
6.4.5 正交实验优选配方
6.4.6 聚氨酯-环氧防腐涂料性能比较
6.5 本章小结
结论
参考文献
在学期间发表与学位论文内容相关的学术论文
致谢
发布时间: 2006-10-18
参考文献
- [1].金属用反射太阳热的水性涂料研制及相关机理研究[D]. 郭清泉.华南理工大学2004
- [2].水性环氧改性丙烯酸红外热屏蔽涂层材料的研究[D]. 李少香.青岛科技大学2009