基于可再生资源水性聚氨酯制备及其漆膜性能

论文摘要

聚氨酯即聚氨基甲酸酯,它大量用在涂料行业中。目前用的聚氨酯涂料多是溶剂型的,这就对环境造成危害。水性涂料具有来源方便、易净化、低成本、良好的涂布适应性、无毒性和无刺激性等特点,成为目前涂料行业主要的一个发展方向。松香是我国一种非常丰富的林产资源,松香基化学品具有可生物降解性,通过无污染的绿色方法开发出适应我国市场需求且综合性能优越的松香基聚合物,既能充分利用我们国家的优势资源、发展国民经济又能保护环境,是松香改性的一个重要课题,在涂料和胶黏剂等行业有广泛的应用前景。本文首先以松香和马来酸进行狄尔斯阿尔德反应合成马来松香,合成的马来松香产品收率为86%,马来松香酸值390mgKOH／g（理论酸值402mgKOH／g）,并用红外表征了其结构,接着用马来松香和乙二醇进行酯化反应合成马来松香乙二醇酯,酯化产品马来松香乙二醇酯产品收率为88%。马来松香乙二醇酯酸值为105mgKOH／g（理论酸值110mgKOH／g）,用红外光谱法、核磁表征了其结构正确。研究了以马来松香乙二醇酯为亲水扩链剂代替常用的二羟甲基丙酸和异氰酸酯单体、聚乙二醇和乙二醇等来制备水性聚氨酯。合成NCO封端的预聚物的过程中,考察了反应时间,反应温度和原料配方对最后产物性能的影响。固化后的聚合物用FT-IR和1H-NMR进行了表征,结果证实与设计的分子结构一致。采用TGA研究了其热稳定性能,并测试了分散体的粒径和分子量。系统研究了漆膜的各项物理性能,如漆膜的机械性能如硬度、冲击强度、柔韧性、光泽度和附着力等,重点研究了漆膜的耐水性,及其提高漆膜耐水性的工艺。为了进一步提高漆膜耐水性和硬度等性能,本文采用加入氮丙啶交联剂与水性聚氨酯结构中侧链的亲水性基团羧基反应,并用环氧树脂、丙烯酸及有机硅氧烷等添加到上述聚氨酯分散乳液中进行改性,以形成交联网络结构从而提高水性聚氨酯漆膜性能。实验结果表明,上述漆膜的硬度达到6H,接触角达到90°以上,漆膜的柔韧性为0.5mm,附着力为2级,冲击强度和光泽度都很好,表明本文合成的松香基水性聚氨酯,各项性能较好,符合绿色环保要求,在涂料和胶黏剂等行业具有广阔的应用前景。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 引言
• 1 文献综述
• 1.1 水性聚氨酯涂料的简介
• 1.2 松香等自然资源在聚氨酯涂料方面的应用
• 1.3 改性水性聚氨酯涂料的方法
• 1.4 水性聚氨酯的不足以及发展趋势
• 1.5 本论文的主要研究内容
• 2 实验部分
• 2.1 实验试剂
• 2.2 表征及测试手段
• 2.2.1 单体及聚合物的结构表征
• 2.2.2 聚合物分子量及粒径大小测定
• 2.2.3 热分析
• 2.3 交联密度测试
• 2.4 产物产率计算方法
• 2.5 酸值、异氰酸酯基和羟基的分析
• 2.6 涂膜性能测试
• 2.6.1 外观、固含量及体系黏度
• 2.6.2 机械性能测试
• 3 马来松香及马来松香乙二醇酯的合成
• 3.1 引言
• 3.2 合成及表征
• 3.2.1 马来松香的合成
• 3.2.2 马来松香乙二醇酯单体的合成
• 3.2.3 马来松香及马来松香乙二醇结构表征
• 3.3 本章小结
• 4 水性聚氨酯分散体清漆制备研究
• 4.1 前言
• 4.2 水性分散体的合成
• 4.3 合成过程讨论
• 4.3.1 反应时间的确定
• 4.3.2 加料方式对合成分散体体系的影响
• 4.3.3 固体份及乳化性能分析
• 4.3.4 分散体黏度、硬段含量以及分散体粒径分析
• 4.4 分散体固化后漆膜的结构表征
• 4.5 水性聚氨酯的分子量分析
• 4.6 漆膜的物理性能
• 4.6.1 扩链剂对漆膜物理性能的影响
• 4.6.2 乙二醇做扩链剂不同R值时对漆膜性能的影响
• 4.6.3 R值和扩链剂对漆膜性能的影响
• 4.6.4 聚乙二醇分子量对漆膜性能的影响
• 4.6.5 固化时间、空气湿度对漆膜性能的影响
• 4.6.6 分散体的稳定性
• 4.6.7 吸水率与溶胀率分析
• 4.7 水性聚氨酯PU漆膜的热性能分析
• 4.8 本章小结
• 5 松香基水性聚氨酯分散体清漆的改性研究
• 5.1 前言
• 5.2 氮丙啶交联剂对水性聚氨酯漆膜的改性研究
• 5.3 环氧树脂对水性聚氨酯漆膜的改性研究
• 5.4 有机硅对水性聚氨酯漆膜的改性研究
• 5.5 丙烯酸对水性聚氨酯漆膜的改性研究
• 5.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢