改性水性聚氨酯接枝氯乙烯复合树脂的制备与性能研究

论文摘要

以预聚体分散法为主,结合丙酮法,以异佛尔酮二异氰酸酯（IPDI）、聚醚（PPG-1000）和二羟甲基丙酸（DMPA）为主要原料,以NaOH为中和剂合成了阴离子水性聚氨酯（PU）,并以此为种子制备了聚氨酯/聚丙烯酸酯（PUA-Ⅰ）复合乳液;以IPDI、聚乙二醇单甲醚（MPEG）和甲基丙烯酸β-羟乙酯（HEMA）为原料首先合成了含双键的混合单体,与丙烯酸丁酯（BA）共聚制备了聚氨酯/聚丙烯酸酯（PUA-Ⅱ）复合乳液。接着在高压釜中分别采用PU、PUA-Ⅰ和PUA-Ⅱ作为种子进行氯乙烯原位接枝共聚,制备了聚氨酯/聚氯乙烯（PU/PVC）、聚氨酯/聚丙烯酸酯/聚氯乙烯（PUA-Ⅰ/PVC）和聚氨酯/聚丙烯酸酯/聚氯乙烯（PUA-Ⅱ/PVC）复合乳液树脂。通过动态激光粒度分析仪考察了PU/PVC及PUA-Ⅱ/PVC复合粒子的粒径大小及其分布,说明大量的VC单体在PU和PUA-Ⅱ种子上聚合增长。通过透射电镜（TEM）观察了PUA-Ⅱ/PVC复合粒子的微观结构,粒子呈现典型的核壳结构。对复合树脂的力学性能进行了研究。对于PU/PVC,在研究范围内,DMPA含量为6wt%时,PU含量为9wt%时,材料的冲击强度最高,选择1,4-丁二醇为扩链剂对于材料力学性能的提高效果最好。对于PUA-Ⅰ/PVC,PA含量的升高有利于复合树脂冲击强度的提高。随着PUA-Ⅱ含量的增加,PUA-Ⅱ/PVC复合树脂的冲击强度逐渐下降。通过动态力学分析仪（DMA）、TA-2000热分析仪、扫描电子显微镜（SEM）和毛细管流变仪等手段对复合树脂及材料的动态力学性能、耐热稳定性、材料的断面形貌和流变性能进行了测试表征。DMA研究表明,预聚时扩链所得到的聚氨酯与PVC的相容性较好;BA的引入降低了PUA-Ⅰ、PUA-Ⅱ的玻璃化转变温度。SEM显示:材料缺口断面为韧性断裂。PU和PUA橡胶相的加入,使复合树脂的耐热稳定性略有降低,使复合树脂的流动性提高。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1-1 引言
• 1-2 水性聚氨酯的研究
• 1-2-1 合成水性聚氨酯的主要原料
• 1-2-2 水性聚氨酯的分类
• 1-2-3 水性聚氨酯的结构与性能
• 1-2-4 水性聚氨酯的制备方法及合成工艺
• 1-2-5 水性聚氨酯的改性研究
• 1-2-6 水性聚氨酯的发展概况
• 1-3 聚氯乙烯的研究
• 1-3-1 全球 PVC 生产环境现状
• 1-3-2 国内 PVC 生产环境现状
• 1-3-3 聚氯乙烯的改性研究
• 1-3-4 热塑性聚氨酯与聚氯乙烯的相容性
• 1-4 本课题的指导思想和主要研究内容
• 第二章 实验部分
• 2-1 实验原料及处理
• 2-2 主要仪器及设备
• 2-3 PU/PVC 复合乳液树脂的制备
• 2-3-1 水性聚氨酯（PU）的制备
• 2-3-2 PU/PVC 复合乳液树脂的制备
• 2-4 PUA-Ⅰ/PVC 复合乳液树脂的制备
• 2-4-1 PUA-Ⅰ复合乳液的制备
• 2-4-2 PUA-Ⅰ/PVC 复合乳液树脂的制备
• 2-5 PUA-Ⅱ/PVC 复合乳液树脂的制备
• 2-5-1 混合单体的合成
• 2-5-2 PUA-Ⅱ复合胶乳的合成
• 2-5-3 PUA-Ⅱ/PVC 复合树脂的制备
• 2-6 预聚物中游离-NCO 含量的分析
• 2-7 复合胶乳粒径及其分布的测定
• 2-8 复合胶乳粒子形态结构的测定
• 2-9 乳液PU 与PUA 动态力学性能的测试
• 2-10 复合树脂力学性能的测试
• 2-10-1 改性PVC 树脂力学性能测试试样的制备
• 2-10-2 改性PVC 树脂材料冲击强度的测试
• 2-10-3 改性PVC 树脂材料拉伸强度的测试
• 2-10-4 复合树脂的动态力学分析（DMA）
• 2-11 复合树脂材料的结构分析
• 2-11-1 冲击样条断面扫描电子显微镜（SEM）分析
• 2-12 复合树脂热稳定性能热失重的测试
• 2-13 复合树脂流变性能的测试
• 第三章 自乳化阴离子水性聚氨酯（PU）的制备
• 3-1 前 言
• 3-2 制备原理
• 3-2-1 预聚物的制备原理
• 3-2-2 分散过程
• 3-2-3 自乳化过程及粒子的稳定机理
• 3-3 自乳化阴离子水性聚氨酯制备工艺的选择
• 3-3-1 预聚时反应时间的选择
• 3-3-2 DMPA 用量的选择
• 3-3-3 扩链剂的选择
• 3-3-4 中和剂的选择
• 3-4 水性聚氨酯乳液的粒径及其分布
• 3-4-1 扩链方式以及扩链剂用量对乳液粒径及其分布的影响
• 3-4-2 DMPA 含量对乳液粒径及其分布的影响
• 3-5 乳液聚氨酯的动态力学性能
• 3-5-1 扩链方式对乳液聚氨酯动态力学性能的影响
• 3-5-2 扩链剂用量对乳液聚氨酯动态力学性能的影响
• 3-6 本章小结
• 第四章 聚氨酯/聚氯乙烯复合乳液树脂结构与性能的研究
• 4-1 前 言
• 4-2 复合乳液的粒径及其分布
• 4-3 PU/PVC 复合树脂的力学性能
• 4-3-1 聚氨酯中 DMPA 含量对复合树脂力学性能的影响
• 4-3-2 扩链剂种类对复合树脂力学性能的影响
• 4-3-3 扩链剂用量对复合树脂力学性能的影响
• 4-3-4 PU 含量对复合树脂力学性能的影响
• 4-4 PU/PVC 复合树脂的动态力学性能
• 4-4-1 PU 含量对复合树脂动态力学性能的影响
• 4-4-2 DMPA 含量对复合树脂动态力学性能的影响
• 4-4-3 扩链方式对复合树脂动态力学性能的影响
• 4-5 扫描电镜分析
• 4-6 热失重分析
• 4-6-1 扩链方式对复合树脂降解过程的影响
• 4-6-2 扩链剂用量对复合树脂降解过程的影响
• 4-7 PU/PVC 复合树脂的流变性能
• 4-8 本章小结
• 第五章 聚氨酯/聚丙烯酸酯/聚氯乙烯复合乳液树脂结构与性能的研究
• 5-1 前 言
• 5-2 PUA-Ⅰ/PVC 复合树脂的力学性能
• 5-3 PUA-Ⅰ复合乳液的动态力学性能
• 5-4 PUA-Ⅰ/PVC复合树脂的流变性能
• 5-5 热失重分析
• 5-6 本章小结
• 第六章 PUA-Ⅱ/PVC 复合乳液树脂结构与性能的研究
• 6-1 前言
• 6-2 PUA-Ⅱ复合乳液制备工艺条件的选择
• 6-2-1 制备混合单体反应时间的选择
• 6-2-2 -NCO/-OH 投料比的影响
• 6-2-3 乳液聚合时加料方式的选择
• 6-3 复合乳液的微观结构表征
• 6-3-1 乳液的粒径及其分布
• 6-3-2 复合胶乳粒子的微观结构
• 6-4 PUA-Ⅱ/PVC 复合树脂的力学性能
• 6-4-1 -NCO/-OH 比例对PUA-Ⅱ/PVC 复合树脂力学性能的影响
• 6-4-2 PU/PA 比例对 PUA-Ⅱ/PVC 复合树脂力学性能的影响
• 6-4-3 交联剂用量对PUA-Ⅱ/PVC 复合树脂力学性能的影响
• 6-4-4 PUA-Ⅱ含量对 PUA-Ⅱ/PVC 复合树脂力学性能的影响
• 6-5 PUA-Ⅱ复合乳液的动态力学性能
• 6-6 PUA-Ⅱ/PVC 复合树脂的动态力学性能
• 6-7 扫描电镜分析
• 6-8 热重分析
• 6-9 本章小结
• 第七章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位所取得的相关科研成果