双组分水性聚氨酯羟基组分的合成及其固化性能研究

论文摘要

目前水性聚氨酯涂料多为单组分体系,虽然环保,但是其涂膜性能存在明显不足,难以满足市场的广泛需求。双组分水性聚氨酯形成交联型涂膜,有效提高涂膜性能,已经成为近年的研究热点。本论文先合成聚氨酯多元醇水分散体组分,再选择与之相匹配的固化剂组分,最后复配研究形成双组分水性聚氨酯体系。本研究以异佛尔酮二异氰酸酯（IPDI）、聚醚二元醇（DL-1000）、二羟甲基丙酸（DMPA）、三羟甲基丙烷（TMP）为主要原料,采用预聚体法制备端-NCO聚氨酯预聚体,用二乙醇胺（DEA）封端引入羟基,合成了双组分水性聚氨酯的聚氨酯多元醇分散体组分。研究了聚氨酯多元醇羟基组分中的预聚阶段-NCO/-OH、DMPA用量、交联扩链剂TMP用量、胺扩链比率、羟基含量等对羟基组分的合成和最终固化涂膜性能的影响。研究了不同种类水溶性异氰酸酯固化剂与上述自制多元醇组分对涂膜性能的影响。研究发现离子改性的固化剂性能最佳,但与多元醇反应过快；非离子改性固化剂则反应较为温和。最终确定混合状态和涂膜性能都较为均衡的Arocura360作为本研究的固化剂组分研究了固化条件对双组分水性聚氨酯涂膜性能的影响。适宜的固化条件为两组分配比-NCO／-OH=1.5～1.7,在20℃～50℃间尽量提高固化温度。当施工固化72h左右,涂膜凝胶率几乎不再变化,多元醇组分和固化剂组分之间的交联固化反应基本完成。本研究对多元醇组分的合成过程及双组分产品结构性能进行了测试、表征和分析。激光粒度分析仪测试表明,所得羟基组分的粒径分布较窄,平均粒径为100nm左右。傅立叶变换红外光谱（FTIR）（?）跟踪分析,确定了聚氨酯多元醇的结构,证实了固化阶段多元醇确实与固化剂发生了交联反应。扫描电镜（SEM）观察到涂膜表面裂纹间距和规整度的变化。TG曲线表明最终双组分涂膜的耐热性良好。DSC曲线显示,固化后涂膜存在三个相变吸收峰。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 单组分水性聚氨酯的发展状况
• 1.2.1 单组分水性聚氨酯的合成
• 1.2.2 单组分水性聚氨酯的性能特点
• 1.2.3 单组分水性聚氨酯的改性研究
• 1.3 双组分水性聚氨酯的组成及成膜原理
• 1.3.1 水性多元醇组分
• 1.3.2 多异氰酸酯固化剂组分
• 1.3.3 双组分水性聚氨酯的成膜原理
• 1.4 双组分水性聚氨酯存在的问题及发展趋势
• 1.4.1 存在的问题
• 1.4.2 发展趋势
• 1.5 本论文的研究内容及创新点
• 第2章 实验部分
• 2.1 引言
• 2.2 水性聚氨酯多元醇组分设计
• 2.2.1 分子结构设计
• 2.2.2 合成工艺设计
• 2.3 主要合成原料的选择
• 2.3.1 异氰酸酯
• 2.3.2 低聚多元醇
• 2.3.3 小分子扩链剂
• 2.3.4 异氰酸基封端剂
• 2.3.5 含羟基的胺化合物
• 2.4 实验原料和仪器设备
• 2.4.1 实验原料
• 2.4.2 仪器设备
• 2.5 实验过程
• 2.5.1 羟基组分的合成
• 2.5.2 固化剂性能实验
• 2.6 分析测试
• 2.6.1 -NCO含量的测定
• 2.6.2 羟值的测定
• 2.6.3 乳液性能检测
• 2.6.4 涂膜性能检测
• 2.6.5 大型仪器测试
• 第3章 实验结果与讨论
• 3.1 引言
• 3.2 聚氨酯多元醇分子结构
• 3.2.1 合成原理
• 3.2.2 合成过程红外分析
• 3.3 多元醇羟基组分各影响因素
• 3.3.1 预聚阶段-NCO/-OH值影响
• 3.3.2 DMPA用量的影响
• 3.3.3 TMP用量的影响
• 3.3.4 EDA用量的影响
• 3.3.5 DEA用量的影响
• 3.4 固化剂的影响
• 3.4.1 固化剂的参数及对混合状态的影响
• 3.4.2 固化剂对涂膜性能的影响
• 3.5 双组分配比的影响
• 3.6 固化时间对凝胶率的影响
• 3.7 固化温度的影响
• 3.8 水性双组分聚氨酯涂膜的结构与表征
• 3.8.1 涂膜红外光谱分析
• 3.8.2 涂膜综合热分析
• 结论
• 参考文献
• 附录A 攻读硕士学位期间发表的论文
• 致谢