UV固化超支化聚氨酯复合乳液的制备与性能研究

论文摘要

UV固化水性聚氨酯涂料结合了UV涂料和水性涂料两者的特点。可由于技术尚不成熟,UV固化水性聚氨酯存在交联密度低、双键转化率低等问题,导致固化膜的耐水性差、物理机械强度不高,同时其乳液固含量较低。目前,科研工作者主要从原料的选择与配方优化、新型分子结构的引入、纳米改性、有机硅改性、植物油改性和工艺过程改善等方面入手,使聚氨酯固化膜的性能得到改善。本论文基于水性聚氨酯的丙酮法制备工艺,对工艺参数（包括加料顺序、反应温度、反应时间等）进行优化,以达到适合制备超支化聚氨酯复合乳液的目的。从固化膜交联密度低、双键转化率过低等问题出发,本论文提出了以超支化聚氨酯丙烯酸酯复合线形聚氨酯乳液的思路,以期改善固化膜的耐水性、物理机械性能等。为了降低成本,减少反应步骤,本论文制备的聚氨酯丙烯酸酯未进行任何水性化修饰,并尝试利用线形聚氨酯链的乳化能力,一方面它能稳定自身,另一方面它能够起着大分子表面活性剂的作用稳定超支化聚氨酯丙烯酸酯,最终得到稳定均一的复合乳液。本论文工作可以概括为以下几点：1、一步法反应合成多羟基的超支化聚酯,利用IPDI双官能团的反应活性不同,将丙烯酸酯桥连至超支化聚酯,得到可UV固化的超支化聚氨酯丙烯酸酯,并采用傅里叶红外光谱仪（FT-IR）等分析手段证明相应的化学结构。2、采用丙酮法制备线形聚氨酯预聚体,以线形聚氨酯预聚体为大分子表面活性剂,制备一种新型的可UV固化的超支化-线形聚氨酯复合乳液。实验关键是线形聚氨酯预聚体分子量与亲水性单体（二羟甲基丙酸）含量的选择与控制,其次就是乳化过程工艺条件的控制。3、测定固化膜的凝胶含量随固化时间的变化情况,并采用差示扫描量热仪（DSC）、动态机械性能分析仪（DMTA）、热重分析仪（TGA）等分析手段对固化膜的热力学性能及热稳定性进行考察,通过对比测试结果得到最优的配方与工艺参数。4、本论文紧密联系市场需要与产业应用,将制备的复合乳液应用在PVD装饰行业,根据行业标准考察了其相关性能,并与目前市场上的溶剂型的UV涂料进行对比。主要从以下几个方面进行了考察：1、线形预聚体分子量大小、超支化聚合物添加量及亲水性单体对复合乳液粒径和稳定性的影响。2、线形预聚体分子量对固化膜机械性能的影响。3、超支化聚合物的添加量对固化膜的力学性能及耐水性的影响。本论文首次提出了将超支化聚合物引入水性UV固化聚氨酯体系,以可自乳化的线形聚氨酯预聚体稳定超支化聚合物,成功制得了复合乳液,结果表明复合乳液的固化膜综合力学性能与耐水性较传统的水性聚氨酯有较大程度的提高,可应用在有环保且高性能要求的表面涂装等领域,本论文得到的复合乳液在高端产品上具有很大的应用前景。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 UV固化水性涂料
• 1.2.1 UV固化水性聚氨酯丙烯酸酯
• 1.2.2 UV固化水性聚氨酯干燥过程与固化机理
• 1.3 超支化聚合物概述
• 1.3.1 超支化聚合物发展及特点
• 1.3.2 超支化聚氨酯
• 1.4 UV固化水性聚氨酯的研究进展
• 1.4.1 新型分子结构与官能团的引入
• 1.4.2 纳米改性
• 1.4.3 有机硅改性
• 1.4.4 植物油改性
• 1.5 本论文的选题与研究内容
• 第2章 超支化聚氨酯丙烯酸酯的合成与性能研究
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 实验试剂
• 2.2.2 实验原理
• 2.2.3 HBPUA的合成
• 2.2.4 分析与测试
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 酯化反应的转化率
• 2.3.2 游离NCO含量变化
• 2.3.3 红外光谱分析
• 2.4 本章小结
• 第3章 聚氨酯复合乳液的制备及其在PVD装饰上的应用研究
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 实验试剂
• 3.2.2 超支化聚氨酯复合乳液的制备
• 3.2.3 PVD涂膜的制备
• 3.2.4 分析与测试
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 粒径分析
• 3.3.2 差示扫描量热分析
• 3.3.3 动态力学分析
• 3.3.4 机械性能分析
• 3.3.5 热稳定性分析
• 3.3.6 吸水率分析
• 3.3.7 光固化时间对固化膜凝胶含量的影响
• 3.3.8 PVD涂膜性能分析
• 3.4 本章小节
• 结论
• 参考文献
• 附录A （攻读学位期间所发表的学术论文目录）
• 致谢