【摘要】：双组份聚氨酯涂料因其具有优良的机械性能如涂膜硬度高、附着力强和良好的耐化学品性和耐候性等,被广泛应用于汽车涂装、胶黏剂和塑料等领域。由于随着各国环保法规的健全和人类对环保意识的增强,水性双组份聚氨酯涂料(2K-WPU)成为涂料技术发展的主要方向。2K-WPU主要由水性羟基多元醇和亲水改性异氰酸酯固化剂组成,其中高羟值聚丙烯酸树脂普遍存在稳定性差、对固化剂乳化能力差、羟基分布不均匀和交联密度不够等缺点。为了进一步提升2K-WPU漆膜的交联度和耐水性等,常常使用有机硅单体对羟丙树脂进行改性,但普通有机硅氧烷稳定性不高,容易在聚合反应中进行水解缩合反应,影响了乳液聚合稳定性,且成膜过程中容易出现漆膜性能分布不均匀,限制了其应用。本文设计合成了核壳型高羟值聚丙烯酸乳液和新型八乙烯基倍半硅氧烷改性的羟基丙烯酸树脂(OvPOSS/HPAE),然后将其与亲水改性多异氰酸酯固化剂混合,制备了水性双组份聚氨酯涂料,并对2K-WPU漆膜的性能进行了表征和分析。采用核壳乳液聚合工艺,通过将反应型乳化剂和阴离子乳化剂进行复配,合成了核壳型高羟值聚丙烯酸乳液(羟值为128.7mg KOH/g),探究了粒子类型、核壳质量比、羟基单体类型和分布以及玻璃化转变温度(Tg)对羟基丙烯酸乳液聚合稳定性和粒径的影响。研究发现:对于高羟值的羟基聚丙烯酸乳液,“硬核软壳”型的羟丙乳液外观良好,平均粒径小,分布窄;壳层中羟基含量越大,平均粒径减小,当核壳比例为1/1时乳胶粒子具有明显的两个Tg,而核壳比为2/1,羟基单体占壳层比例58%时乳液聚合反应失败;由亲水性极强的丙烯酸羟乙酯(HEA)制备的高羟值丙烯酸乳液粘度高,水相成核几率大,粒径大,分布宽,丙烯酸羟丙酯(HPA)得到的羟丙乳液粒径小,为107nm,分布窄。通过乙烯基三乙氧基硅烷(A151)水解缩合反应合成了八乙烯基倍半硅氧烷(OvPOSS),利用红外光谱(FTIR)、X射线衍射(XRD)和氢谱(~1H NMR)、硅谱(~(29)Si NMR)等表征手段确定了产物结构,采用种子乳液聚合,以HPA为羟基单体,合成了新型八乙烯基倍半硅氧烷改性的羟基聚丙烯酸树脂(OvPOSS/HPAE)。FTIR和XRD结果表明OvPOSS与羟丙树脂发生化学共聚,OvPOSS可以均匀分布在共聚物主链上,OvPOSS/HPAE外观和稳定性良好;引入的OvPOSS量越多,OvPOSS/HPAE粒径越小,OvPOSS的引入能限制共聚物中分子链段的运动,大大提升了羟丙树脂的Tg和热力学稳定性,当OvPOSS添加量为1.0wt%时,粒子粒径为88nm,Tg升高至21.6℃。分别将核壳型高羟值聚丙烯酸乳液和OvPOSS/HPAE按照-NCO/-OH摩尔比为1.5/1与亲水改性多异氰酸酯固化剂配制2K-WPU,测试漆膜的相容性、硬度和耐水性等性能,探究了上述因素对2K-WPU性能的影响。结果发现:与“软核硬壳”型羟丙相比,“硬核软壳”型羟基丙烯酸乳液对水性固化剂乳化能力更好,有良好相容性,得到的漆膜平整光滑无气泡,硬度高;羟基单体分布在壳层含量越多,越有利于-OH基团和-NCO基团之间的交联反应,得到的漆膜更加致密,当核壳质量比为1/1时,漆膜的硬度为0.86,吸水率为4.0%,2K-WPU漆膜性能最佳;由伯羟基单体HPA制备的2K-WPU干燥时间短,早期硬度建立快,摆杆硬度为0.79;Tg升高能提升漆膜的硬度;OvPOSS/HPAE的2K-WPU漆膜相容性良好,OvPOSS能均匀分布在漆膜中没有出现相分离现象,OvPOSS大大提升了2K-WPU漆膜的硬度、耐水性和交联度等性能。
【图文】：
第一章 绪论现的，，其中一种为含有羧基基团的聚合物（P1），另一种聚合物（P2，可以通过控制羧基和羟基的分布和浓度来控制乳液粒径，通过新型 2K-WPU 有更高的光泽度和摆杆硬度，同时降低了乳化剂的用量，提稳定性、耐溶剂与耐水性等。Wang[22]等通过两步加酸（丙烯酸 AA）种具有高稳定性的水性丙烯酸多元醇，提高了与交联剂的相容性。阿另辟蹊径，在乳化过程中采用磺酸基团替代羧酸基团制备了一种新型，并且指出树脂设计、搅拌过程、起泡现象、催化剂和活化期这些因性能产品的应用开发中，最终结果表明：直接由磺酸盐稳定的多元醇酯反应，但可以通过控制催化剂的用量来提高反应选择性。
图 1-2 笼形 POSS 的结构图Fig. 1-2 The structure of cage-like POSS.2 POSS 在涂料领域的应用研究进展具有反应性的 POSS 衍生物可以通过化学接枝、共聚或物理共混的方式加入到系中，近年来，有关于 POSS 单体改性的共聚物研究频频报道[51]，根据共聚
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TQ630.43
【参考文献】
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本文编号：
2632269
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