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耐热紫外光固化水性聚氨酯涂料的研究

作　者: 方振华
导　师: 刘志勇
学　校: 石河子大学
专　业: 应用化学
关键词: UV固化水性聚氨酯耐热性双酚A 三聚氰胺
分类号: TQ630.7
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

以异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、聚乙二醇(PEG, Mn=600)、2,2-二羟甲基丙酸(DMPA)和丙烯酸羟乙酯(HEA)为主要原料,分别采用双酚A和三聚氰胺作扩链剂,在聚氨酯主链上引入耐热性结构单元,经三乙胺中和,加水分散,制备了两种无毒、无污染、综合性能较好的耐热紫外光固化水性聚氨酯涂料(UVWPU)。1.对双酚A改性UVWPU的制备和性能研究表明：DMPA用量从5.76%增加到9.04%时,乳液的平均粒径从90.16μm减小到43.30μm；当DMPA用量大于5.76%,乳液贮存稳定期可达6个月；预聚时,-NCO与-OH的摩尔比(R)大于等于3.4时,涂膜外观及其涂膜性能较好；双酚A用量为7.23%(wt%)时,涂膜耐热性最好。双酚A改性后的UVWPU固化膜的铅笔硬度为H、附着力1级、5%失重温度为234℃,较改性前提高了86℃,玻璃化转变温度(Tg)提高了12.7℃;涂膜在100℃下烘烤200 h无起层、皱皮、鼓泡、开裂、变色等现象。2.对双酚A改性UVWPU固化工艺的研究结果表明：干燥条件对光固化速度影响很大,其最佳光照时间为涂装后10-20 mmin；最佳光引发剂含量为5%(wt%)；最佳固化温度为70℃；随着光照强度的提高,涂膜固化速度加快。3.对三聚氰胺改性UVWPU的制备和性能研究表明：三聚氰胺用量为4.70%(wt%)时,涂膜耐热性最好；DMPA (wt%)≤3.65%时,乳液稳定性较差；最佳的R值为3.0-3.5。三聚氰胺改性后的UVWPU固化膜的铅笔硬度、耐水性以及耐热性均有较大改善,其5%失重温度为253℃,较改性前提高了105℃,Tg提高了20.4℃,涂膜附着力1级、铅笔硬度5H,涂膜在130℃下烘烤2h无起层、皱皮、鼓泡、开裂、变色等现象。本论文的研究工作将为研究提高UVWPU耐热性的原理,开发新型耐热UVWPU和耐热UVWPU的施工生产等方面提供一定的参考。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
主要符号表  10-11
第一章文献综述  11-21
  1.1 紫外光固化涂料  12-13
    1.1.1 紫外光固化技术简介  12
    1.1.2 紫外光固化涂料的组成及特点  12-13
    1.1.3 UVCC的应用及发展  13
  1.2 水性聚氨酯涂料  13-15
    1.2.1 水性聚氨酯涂料的特点和分类  14
    1.2.2 水性聚氨酯涂料的制备及成膜原理  14-15
    1.2.3 水性聚氨酯涂料的发展方向  15
  1.3 紫外光固化水性聚氨酯涂料  15-18
    1.3.1 UVWPU的特点  15-16
    1.3.2 UVWPU的组成及分类  16-17
    1.3.3 UVWPU的研究现状  17-18
    1.3.4 UVWPU的发展趋势  18
  1.4 本文研究的思路及创新  18-21
    1.4.1 本文的研究思路及创新  18-19
    1.4.2 本文的技术路线  19
    1.4.3 本文的主要研究工作  19-21
第二章双酚A改性UVWPU的制备及性能研究  21-36
  2.1 主要原材料与实验设备  21-23
    2.1.1 主要原材料及实验仪器  21-22
    2.1.2 实验装置图  22-23
  2.2 实验方法  23-26
    2.2.1 原料的预处理  23
    2.2.2 双酚A改性UV固化水性聚氨酯乳液的制备  23-24
    2.2.3 双酚A改性UVWPU的制备  24
    2.2.4 双酚A改性UVWPU的涂装及固化  24-25
    2.2.5 -NCO含量测量  25
    2.2.6 乳液粒径测量  25
    2.2.7 乳液离心稳定性和稀释稳定性测量  25
    2.2.8 涂膜铅笔硬度测定  25-26
    2.2.9 涂膜附着力测定  26
    2.2.10 涂膜耐水性测试  26
    2.2.11 涂膜耐热性测试  26
    2.2.12 热失重分析  26
    2.2.13 差示扫描量热分析  26
    2.2.14 涂膜的红外光谱分析  26
  2.3 结果与讨论  26-35
    2.3.1 反应时间及温度对聚合速度的影响  26-27
    2.3.2 产物的结构表征  27-28
    2.3.3 -NCO与-OH的摩尔比对涂膜状态、铅笔硬度及附着力的影响  28-29
    2.3.4 DMPA用量对乳液稳定性的影响  29-31
    2.3.5 双酚A用量对涂膜耐热性的影响  31
    2.3.6 HEA用量对涂膜硬度和附着力的影响  31-32
    2.3.7 工艺优化  32-33
    2.3.8 热失重分析  33-34
    2.3.9 差示扫描量热分析  34-35
    2.3.10 双酚A改性UVWPU的性能  35
  2.4 本章小结  35-36
第三章双酚A改性UVWPU固化工艺的研究  36-42
  3.1 主要原材料及实验设备  36
  3.2 双酚A改性UVWPU的涂装及固化  36
  3.3 性能检测  36-37
    3.3.1 涂膜的铅笔硬度测定  36-37
    3.3.2 涂膜附着力测定  37
    3.3.3 表干时间的测定  37
    3.3.4 凝胶率的测定  37
  3.4 结果与讨论  37-41
    3.4.1 引发剂含量对涂膜固化速度的影响  37-38
    3.4.2 光照强度及固化方式对涂膜的影响  38
    3.4.3 光照强度对涂膜固化速度的影响  38-39
    3.4.4 干燥条件对涂膜固化速度的影响  39-40
    3.4.5 成膜温度对涂膜固化效果的影响  40-41
  3.5 本章小结  41-42
第四章三聚氰胺改性UVWPU的初步研究  42-50
  4.1 主要原材料及实验设备  42-43
    4.1.1 主要原材料及实验仪器  42-43
    4.1.2 实验装置图  43
  4.2 合成原理及路线  43-44
  4.3 实验方法  44-45
    4.3.1 原料的预处理  44
    4.3.2 三聚氰胺改性UV固化水性聚氨酯乳液的制备  44-45
    4.3.3 三聚氰胺改性UVWPU的制备  45
    4.3.4 三聚氰胺改性UVWPU的涂装及固化  45
    4.3.5 性能测试  45
  4.4 结果与讨论  45-49
    4.4.1 结构表征  45-46
    4.4.2 三聚氰胺用量对涂膜耐热性的影响  46
    4.4.3 -NCO与-OH的摩尔比对涂膜铅笔硬度及附着力的影响  46-47
    4.4.4 DMPA用量对乳液稳定性的影响  47
    4.4.5 热失重分析  47-48
    4.4.6 差示扫描量热分析  48-49
    4.4.7 三聚氰胺改性UVWPU的性能  49
  4.5 本章小结  49-50
第五章结论与展望  50-52
  5.1 结论  50
  5.2 展望  50-52
参考文献  52-55
附录实验过程中参考的标准一览表  55-56
致谢  56-57
作者简介  57-58
附表  58

耐热紫外光固化水性聚氨酯涂料的研究

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