软段含磺酸盐的水性聚氨酯—聚丙烯酸酯乳液的制备、结构及性能研究

发布时间：2017-10-08 23:34

  本文关键词：软段含磺酸盐的水性聚氨酯—聚丙烯酸酯乳液的制备、结构及性能研究

  更多相关文章： 高固含量 磺酸盐 水性聚氨酯 聚丙烯酸酯 无胺

【摘要】：石油资源的逐渐匮乏和环境污染迫使人们将目光由溶剂型聚氨酯转向水性聚氨酯,由于水性聚氨酯具有环保性、柔韧性、耐磨性好等优点,被广泛应用在涂料、包装印刷、胶粘剂、皮革、造纸等方面。根据烟盒软包装行业的市场需求,要求水性聚氨酯无毒,应用于包装类挥发性有机溶剂(VOC)含量完全符合并低于烟草包装最新国家标准,无疑似苯峰值等。而水性聚氨酯是一种软硬段嵌段聚合物,水性聚氨酯耐热性、柔韧性、耐磨性等优异的性能都是来自于软硬段之间相互的作用力。本文采用含磺酸基的聚酯二元醇(SPD205)作为软段,异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、亲水扩链剂乙二胺基磺酸钠(A95)、小分子扩链剂1,4-丁二醇(BDO)、封端剂丙烯酸羟乙酯(HEA)作为硬段,制备了一种固含量较高、储存稳定性好的软段含磺酸盐的水性聚氨酯(SWPU),以其作为种子乳液,并用丙烯酸丁酯(BA)和甲基丙烯酸甲酯(MMA)混合单体共聚来改性SWPU,提高其乳液和胶膜的综合性能,得到了性能十分优异的磺酸型水性聚氨酯-聚丙烯酸酯(SWPUA)。在SWPU乳液的制备过程中加入可聚合的丙烯酸单体充当溶剂,克服了聚氨酯预聚时粘度过大的问题,因此制备过程无需添加任何有机溶剂,成功合成了具有核壳结构的磺酸型水性聚氨酯-丙烯酸酯(SWPUA),乳化程度能够方便控制,乳液固含量高达54%并且储存稳定,产品属于无VOC环保型的水性高分子材料,特别是不含中和剂三乙胺,可用于烟包用PET膜以及高光镀铝金银卡纸印刷。本论文研究了不同配比下制备的SWPUA乳液及胶膜的制备及性能影响,并确定了制备SWPUA乳液的最佳配比。本文的主要研究内容如下：(1)通过傅立叶变换红外光谱(FTIR)表征了聚氨酯的分子结构,结果表明成功制备了SWPUA,利用透射电镜(TEM)表明SWPUA乳胶粒为核壳结构,并且胶粒分布均匀,平均粒径不超过100 nm,扫描电镜(SEM)照片表明制备的SWPU胶膜表面平整,并且聚丙烯酸酯(PA)的引入使胶膜表面更加光滑平整；接触角测试结果则表明PA的引入能够增大胶膜的耐水性。热失重分析(TG)表征了所制备的SWPU胶膜的硬段的分解温度为326℃C,而软段的分解温度为405℃,随着PA含量的增大同时胶膜的耐热性朝着高温方向移动。(2)通过研究R值对SWPU乳液及胶膜性能的影响,表明当SPD205含量为40%,改变软硬段的比例胶膜可以获得不同的力学性能,随着R值的增大,SWPU胶膜的断裂伸长率降低,胶膜的拉伸强度增大,并且当R值为1.4时,乳液的冷冻稳定性和储存稳定性优异,可以储存12个月以上。(3)通过研究SPD205的含量对SWPU乳液及胶膜的影响,表明当SPD205含量为40%时,乳液性能较佳,外观良好,粒径最小为36.8 nm,随着PA的引入乳液的平均粒径逐渐增大,并且研究了不同PA含量对SWPUA乳液及胶膜性能的影响。随着PA含量的增大,SWPUA胶膜的拉伸强度从5.658MPa逐渐增大到11.425 MPa,而断裂伸长率从375%减小至242%；当PA含量为30%时,胶膜的吸水率最低,此时SWPUA乳液最稳定。(4)研究了改变引发剂KPS的含量对反应的影响,结果表明,当KPS含量占MMA和BA总量的1.5%时,单体转化率最高,此时SWPUA乳液最稳定。用这种SWPUA所配制的水性色漆性能优异,能够用于烟盒包装。
【关键词】：高固含量 磺酸盐 水性聚氨酯 聚丙烯酸酯 无胺
【学位授予单位】：陕西科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ317;O648.23
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-12
• 1 绪论12-22
• 1.1 磺酸型水性聚氨酯的国内外研究进展12-13
• 1.2 改性磺酸型水性聚氨酯的研究进展13-14
• 1.2.1 环氧树脂改性13
• 1.2.2 有机硅改性13
• 1.2.3 纳米复合改性13
• 1.2.4 聚丙烯酸酯改性13-14
• 1.3 磺酸型水性聚氨酯的组成及性能影响14-16
• 1.3.1 硬段含磺酸盐的水性聚氨酯15
• 1.3.2 软段含磺酸盐的水性聚氨酯15-16
• 1.3.3 软硬段都含磺酸盐的水性聚氨酯16
• 1.4 水性聚氨酯的制备方法16-18
• 1.4.1 外乳化法16-17
• 1.4.2 自乳化法17-18
• 1.4.2.1 溶液法17-18
• 1.4.2.2 预聚体分散法18
• 1.5 水性聚氨酯的应用及研究展望18-20
• 1.5.1 水性聚氨酯的应用18-20
• 1.5.2 水性聚氨酯的研究展望20
• 1.6 本课题的研究意义和创新点20-22
• 2 磺酸型水性聚氨酯乳液及胶膜的制备及表征22-36
• 2.1 引言22
• 2.2 试验原料及仪器22-23
• 2.2.1 本实验用于制备SWPU的仪器及测试设备22-23
• 2.2.2 本实验用于制备SWPU原料及规格23
• 2.3 SWPU的合成23-24
• 2.3.1 SWPU乳液的制备方法23
• 2.3.2 SWPU胶膜的制备23
• 2.3.3 SWPU的合成路线23-24
• 2.4 性能测试及表征24-26
• 2.4.1 乳液固含量的测定24-25
• 2.4.2 乳液外观的测试25
• 2.4.3 SEM测试25
• 2.4.4 乳液稳定性测定25
• 2.4.5 乳液粒径测定25
• 2.4.6 胶膜结晶性测试25
• 2.4.7 胶膜耐水性测定25
• 2.4.8 胶膜力学性能测定25
• 2.4.9 胶膜表面形貌测定(AFM)25-26
• 2.4.10 红外谱图(FT-IR)26
• 2.4.11 热重分析(TG)26
• 2.5 结果与讨论26-34
• 2.5.1 磺酸型水性聚氨酯(SWPU)的表征26-29
• 2.5.1.1 红外光谱的表征26-27
• 2.5.1.2 X射线衍射表征27-28
• 2.5.1.3 SWPU胶膜热稳定性的表征28
• 2.5.1.4 SWPU胶膜的SEM形貌表征28-29
• 2.5.2 聚酯二元醇SPD205含量对SWPU乳液影响29-33
• 2.5.2.0 SPD205含量对SWPU乳液及胶膜外观的影响29-30
• 2.5.2.1 不同SPD205含量对SWPU乳液粒径影响30
• 2.5.2.2 不同SPD205含量对SWPU胶膜吸水性的分析30-31
• 2.5.2.3 不同SPD205含量的SWPU胶膜AFM的分析31-33
• 2.5.3 R值对SWPU乳液及胶膜的影响33-34
• 2.5.3.1 R值对SWPU胶膜力学性能的影响33-34
• 2.5.3.2 R值对SWPU胶膜稳定性的影响34
• 2.6 本章小结34-36
• 3 聚丙烯酸酯改性磺酸型水性聚氨酯的制备及表征36-49
• 3.1 引言36
• 3.2 试验原料及仪器36-37
• 3.2.1 本实验用于制备SWPUA的仪器及测试设备36
• 3.2.2 本实验用于制备SWPUA的原料及规格36-37
• 3.3 SWPUA的合成37-39
• 3.3.1 SWPUA乳液的制备方法37
• 3.3.2 SWPUA胶膜的制备37-38
• 3.3.3 SWPUA的合成路线38-39
• 3.4 性能测试及表征39-40
• 3.4.1 乳液固含量的测定39
• 3.4.2 乳液外观的测试39
• 3.4.3 乳液单体转化率的测定39
• 3.4.4 乳液稳定性测定39
• 3.4.5 乳液粒径测定39
• 3.4.6 胶膜耐水性测定39-40
• 3.4.7 胶膜力学性能测定40
• 3.4.8 胶膜表面形貌测定(AFM)40
• 3.4.9 红外谱图(FT-IR)40
• 3.4.10 透射电镜(TEM)40
• 3.4.11 热重分析(TG)40
• 3.4.12 SEM测试40
• 3.5 结果与讨论40-47
• 3.5.1 SWPUA胶膜的红外光谱表征40-41
• 3.5.2 SWPUA胶膜的透射电镜表征41-42
• 3.5.3 SWPUA胶膜的接触角表征42-43
• 3.5.4 SWPUA胶膜的表面形貌AFM表征43-44
• 3.5.5 不同PA含量的SWPUA胶膜热性能表征44
• 3.5.6 不同PA含量对SWPUA乳液粒径的影响44-45
• 3.5.7 不同PA含量对SWPUA乳液力学性能的影响45-46
• 3.5.8 不同PA含量对SWPUA乳液及胶膜性能的影响46-47
• 3.5.9 不同KPS的加入条件对SWPUA乳液外观的影响47
• 3.6 本章小结47-49
• 4 SWPUA在烟盒外包装色漆的应用49-53
• 4.1 引言49
• 4.2 实验部分49-50
• 4.2.1 本实验用于制备烟盒外包装色漆的仪器及测试设备49
• 4.2.2 本实验用于烟盒外包装色漆的原料及规格49-50
• 4.3 烟盒外包装色漆的配制50
• 4.4 烟盒外包装色漆在PET膜、万顺纸、铝箔上的应用50
• 4.5 性能测试及表征50
• 4.5.1 附着力的检测50
• 4.5.2 光泽度测试50
• 4.5.3 SEM测试50
• 4.6 结果与讨论50-52
• 4.6.1 SWPUA配制的色漆在PET膜、万顺纸、铝箔上的应用50-51
• 4.6.2 SWPUA配制的色漆的测试结果51-52
• 4.6.3 SWPUA配制的色漆的SEM分析52
• 4.7 本章小结52-53
• 5 结论及展望53-55
• 5.1 结论53-54
• 5.2 创新点54
• 5.3 下一步工作设想54-55
• 致谢55-57
• 参考文献57-63
• 攻读硕士期间发表的论文63-64

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 赵雨花;亢茂青;王心葵;;软段含离子基团的阴离子型水性聚氨酯胶粘剂的研究(Ⅰ)——软段结构的影响[J];中国胶粘剂;2006年05期

2 赵雨花;亢茂青;王心葵;;软段含离子基团的阴离子型水性聚氨酯胶粘剂的研究 Ⅰ软段结构的影响[J];聚氨酯;2006年08期

3 李扬;王丽;陈庆民;;软段含量对丁羟聚氨酯脲动态力学和压缩性能的影响[J];聚氨酯工业;2014年02期

4 孙桐,周涵新,李淳华,黄赛棠;氨纶的化学组成对其软段在表面富集的影响[J];纺织学报;1986年04期

5 谭晓玲,果云,潘肇琦,董亚明,张波;软段对水性聚氨酯结构与性能的影响[J];功能高分子学报;2004年02期

6 周虎;曾坚贤;陈东初;范浩军;曾俊长;;温敏聚氨酯软段的结晶行为及其智能响应特性[J];材料研究学报;2010年06期

7 徐祗正;孙东成;;粒料法合成不同相对分子质量和软段的聚氨酯分散体研究[J];中国胶粘剂;2011年06期

8 干泉;徐恒志;张威;许戈文;;不同软段热塑性聚氨酯的合成及性能研究[J];聚氨酯;2012年11期

9 张中权;谢静薇;季广华;张胜;;不同软段聚氨酯的透气性研究[J];应用化学;1988年05期

10 孙东成;张松;;软段含离子的水性聚氨酯的研究进展[J];聚氨酯工业;2008年02期

中国重要会议论文全文数据库 前3条

1 陈红;余学海;;软段含离子聚氨酯离聚物[A];中国聚氨酯工业协会第十次年会论文集[C];2000年

2 罗建斌;王鹏;李洁华;谢兴益;樊翠蓉;何成生;钟银屏;;以聚乙二醇为软段的聚氨酯的合成及表征[A];中国生物医学工程学会第六次会员代表大会暨学术会议论文摘要汇编[C];2004年

3 马驰;陈尔凡;孙挺;徐军;王娜;何伟;;聚醚软段对聚氨酯/环氧阻尼性能的影响[A];2011年全国高分子学术论文报告会论文摘要集[C];2011年

中国硕士学位论文全文数据库 前2条

1 宫米娜;软段含磺酸盐的水性聚氨酯—聚丙烯酸酯乳液的制备、结构及性能研究[D];陕西科技大学;2016年

2 张海燕;形状记忆水性聚氨酯的研究[D];华东理工大学;2011年

，

本文编号：996930