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低吸水率水性聚氨酯的制备与性能研究

作　者: 岳瑞峰
导　师: 李树材
学　校: 天津科技大学
专　业: 材料学
关键词: WPU AEAPS PUA 耐水性
分类号: TQ637
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

水性聚氨酯(WPU)作为一种环保型涂饰材料日益受到人们的青睐,在许多领域得到推广,但其耐水性差的缺点在许多环境条件下难以满足使用要求。为拓展WPU的应用范围,针对增强其耐水性的研究逐渐受到重视。本论文首先采用二次自乳化法,通过氨乙基氨丙基聚二甲基硅氧烷(AEAPS)分子结构中的氨基与PU预聚物中的端-NCO反应,将PDMS引入到WPU分子的侧链上,制备了一系列稳定性较好的SiPU乳液。通过对SiPU涂膜的DSC分析及拉伸性能、水接触角、涂膜吸水率等的测试,研究了AEAPS含量对SiPU性能的影响。DSC的分析结果表明,AEAPS的加入可在WPU分子内部形成了交联结构,但同时也会阻碍氢键的缔结作用,使分子内部微相结构受到破坏。AEAPS的这种作用在拉伸性能中也有所表现,拉伸强度随AEAPS含量的增加,出现先增加后减小的变化趋势,在达到6wt%时,达到最大值,断裂伸长率变化较为复杂。SiPU涂膜与水接触角随着AEAPS含量的增加逐渐增大,而吸水率先减小后增大；当AEAPS含量为8wt%时,吸水率由未改性的19.7%下降到4.2%,达到最小值,耐水性增强。丙烯酸酯改性WPU是另一种重要的WPU改性技术。本论文的第二部分通过在部分聚氨酯预聚物上引入双键,与丙烯酸酯类单体进行自由基聚合反应后得到了丙烯酸酯-水性聚氨酯(PUA)系列复合乳液。通过观察PUA乳液形成过程中产生的沉淀物,测试PUA乳液粒径与涂膜的拉伸性能和吸水率,结果发现当PU/PA(wt)=50:50,PU中的NCO/OH=1.7, DMPA (wt)=6%, HEMA (wt)=6%, PA中的MMA/BA (wt)=60:40,引发剂用量相对于丙烯酸酯单体总质量数为1%时,PUA乳液稳定性好,耐水性有所改善,综合性能较好。PUA乳液有很好的成膜性能,但其耐水性有待进一步提高。本论文的第三部分用AEAPS对PUA进行改性制备SiPUA乳液。固定其它化学组分,研究了AEAPS含量对SiPUA;性能的影响。结果发现,采用这种复合改性技术所制备的WPU,随着AEAPS含量的增加,水接触角增大,而拉伸强度与吸水率减小；当AEAPS在SiPUA中的含量为6wt%时,SiPUA乳液的稳定性好,涂膜吸水率下降到了3.8%。同时与其它改性技术所得的涂膜相比,SiPUA涂膜的耐热性最好。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-8
1 前言  8-26
  1.1 聚氨酯概述  8-9
  1.2 水性聚氨酯  9-18
    1.2.1 水性聚氨酯及其发展状况  9-10
    1.2.2 水性聚氨酯分类  10-11
    1.2.3 水性聚氨酯的制备  11-15
    1.2.4 水性聚氨酯的性能和特点  15-18
  1.3 水性聚氨酯涂膜耐水性研究  18-25
    1.3.1 水性聚氨酯涂膜吸水原因及其所造成的影响  18
    1.3.2 水性聚氨酯耐水改进方法  18-25
  1.4 本课题的研究目的与意义  25
  1.5 本课题的研究内容  25-26
2 含PDMS侧链的水性聚氨酯制备与性能研究  26-36
  2.1 实验部分  26-29
    2.1.1 实验原料与试剂及处理  26
    2.1.2 实验过程  26-28
    2.1.3 结构表征与性能测试  28-29
  2.2 结果与讨论  29-35
    2.2.1 SiPU制备工艺的选择  29-30
    2.2.2 SiPU结构与红外光谱分析  30
    2.2.3 SiPU乳液的性能  30-31
    2.2.4 SiPU涂膜DSC分析  31-32
    2.2.5 AEAPS含量对SiPU力学强度的影响  32-33
    2.2.6 AEAPS含量对SiPU耐水性的影响  33-35
  2.3 本章小结  35-36
3 PUA复合乳液的制备与性能研究  36-50
  3.1 实验部分  36-38
    3.1.1 实验原料及处理方式  36
    3.1.2 实验过程  36-38
    3.1.3 结构表征与性能测试  38
  3.2 结果与讨论  38-49
    3.2.1 PUA的结构表征  38
    3.2.2 引发剂用量对PUA性能的影响  38-40
    3.2.3 HEMA含量对PUA性能的影响  40-41
    3.2.4 PA含量对PUA性能的影响  41-44
    3.2.5 MMA含量对PUA性能影响  44-46
    3.2.6 NCO/OH值对PUA性能的影响  46-48
    3.2.7 DMPA含量对PUA性能影响  48-49
  3.3 本章小结  49-50
4 侧链含PDMS的改性PUA复合乳液的制备与性能  50-55
  4.1 实验部分  50-51
    4.1.1 实验原料及处理  50
    4.1.2 实验过程  50
    4.1.3 结构表征与性能测试  50-51
  4.2 结果与讨论  51-54
    4.2.1 AEAPS含量对SiPUA乳液性能的影响  51-52
    4.2.2 AEAPS含量对SiPUA涂膜耐水性的影响  52-53
    4.2.3 AEAPS含量对SiPUA涂膜拉伸性能的影响  53
    4.2.4 PU、SiPU、PUA与SiPUA的性能对比研究  53-54
  4.3 本章小结  54-55
5 结论  55-56
6 展望  56-57
7 参考文献  57-62
8 攻读硕士学位期间论文发表情况  62-63
9 致谢  63

低吸水率水性聚氨酯的制备与性能研究

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