紫外光固化聚氨酯丙烯酸酯弹性涂料的研究

论文摘要

紫外光固化涂料因其绿色环保、快速固化及优异的性能取得了高速的发展并且已经应用到了各个领域。聚氨酯丙烯酸酯（PUA）结合了聚氨酯和丙烯酸酯的优点,是性能最为优良的紫外光固化涂料用低聚物之一。虽然对于PUA的光固化涂料已经有了较多的研究,但是应用光固化技术制得PUA弹性涂料方面还有很大发展空间。本文根据涂膜性能的要求以及PUA结构与性能的关系,对PUA的结构进行了优化设计。选取合适的原料,从反应时间、反应温度和合成路线等方面探讨了PUA的合成工艺条件。得到了优化的工艺条件：第一步,长链二醇、小分子扩链剂、二异氰酸酯于80℃反应,2h后加入占物料总质量0.1%的催化剂二月桂酸二丁基锡,生成带NCO基团的预聚物；第二步,在第一步反应4h后,调节反应温度为70℃,加入与理论过量NCO摩尔量一致的HEA及占物料总量0.1%的阻聚剂对甲氧基酚,继续反应约2h得到PUA。在此工艺条件下,PUA分子量为1×104以下时可控,并且合成稳定,重复性好。本文以不同的异氰酸酯组分（TDI和IPDI）为原料合成了一系列不同分子结构的线型TDI-PUA和IPDI-PUA,探讨了异氰酸酯指数、硬段含量以及活性稀释剂对力学性能的影响,得到了综合力学性能最优的PUA树脂。对于IPDI-PUA,当异氰酸酯指数范围为1.2～1.3时,得到的IPDI-PUA的分子量范围约为3200～5000；对于TDI-PUA,当异氰酸酯指数范围为1.2-1.25时,得到的产物分子量范围约为4700-5600,此条件下,PUA固化膜的拉伸强度和断裂伸长率能达到较好的综合效果,并且在PU皮革上有优良的应用效果。本文探索了以PUA为主体树脂的不同光固化配方体系的固化行为,对其涂膜性能以及其在PU皮革上的应用效果进行了研究,最终得到了具备高弹性且其它性能均达到要求的紫外光固化弹性涂料配方。最优的配方为PUA主体树脂：95%、TMPTA:5%、光引发剂1173：3%（占主体树脂和活性稀释剂总量的百分数）及适量溶剂。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 紫外光固化涂料概述
• 1.1.1 紫外光固化涂料的发展历史
• 1.1.2 紫外光固化涂料的发展趋势
• 1.1.3 紫外光固化涂料的组成
• 1.1.4 紫外光固化机理
• 1.1.5 紫外光固化设备
• 1.2 聚氨酯丙烯酸酯
• 1.2.1 聚氨酯丙烯酸酯的合成
• 1.2.2 聚氨酯丙烯酸酯的性能特点
• 1.3 紫外光固化弹性涂料研究现状
• 1.4 本论文研究的意义和内容
• 第2章 聚氨酯丙烯酸酯的设计与合成
• 2.1 前言
• 2.2 PUA结构与性能的关系
• 2.3 PUA的分子设计
• 2.4 实验部分
• 2.4.1 主要原料及仪器设备
• 2.4.2 PUA的合成
• 2.4.3 外光谱表征
• 2.4.4 异氰酸酯基含量的测定
• 2.4.5 分子量的测定
• 2.5 结果与讨论
• 2.5.1 反应原料的确定
• 2.5.2 反应条件的确定
• 2.5.3 PUA的红外光谱表征
• 2.5.4 不同分子量PUA的合成
• 2.5.5 PUA合成重复性研究
• 2.6 小结
• 第3章 聚氨酯丙烯酸酯固化膜力学性能研究
• 3.1 前言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 实验原料及仪器设备
• 3.2.2 固化膜的制备
• 3.2.3 固化膜力学性能的测试
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 异氰酸酯指数的影响
• 3.3.2 硬段含量的影响
• 3.3.3 异氰酸酯组分的影响
• 3.3.4 PUA力学性能的稳定性
• 3.3.5 三官能度活性稀释剂的影响
• 3.4 小结
• 第4章 紫外光固化体系的性能研究
• 4.1 前言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 实验原理及仪器设备
• 4.2.2 红外光谱表征
• 4.2.3 涂膜的制备
• 4.2.4 涂膜各项性能测试
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 UV固化体系的红外光谱表征
• 4.3.2 光引发剂对固化速度的影响
• 4.3.3 活性稀释剂对凝胶含量的影响
• 4.3.4 涂膜厚度对固化时间的影响
• 4.3.5 PUA主体树脂对涂膜性能的影响
• 4.3.6 二官能度活性稀释剂对涂膜性能的影响
• 4.3.7 光固化弹性涂料配方优化
• 4.3.8 光固化弹性涂料在PU皮革上的应用
• 4.4 小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢