蓖麻油改性UV固化水性聚氨酯木器涂料的制备及性能研究

发布时间：2020-08-01 17:18

【摘要】：自2017年环保部印发《“十三五”挥发性有机物污染防治工作方案》以来,木器涂装的环保化迫在眉睫,研发高效、环保的木器涂料成为涂料研究的热门课题。紫外光(UV)固化涂料具有固化速率快、效率高、施工周期短、涂装设备成本低和挥发性有机物(VOC)排放低等优点,一直是涂料环保化的发展方向之一,但水性UV木器涂料还存在漆膜干燥不良、力学性能不佳、耐热耐水性能不理想、硬度不足等缺点。本论文以异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、六亚甲基二异氰酸酯(HDI)、蓖麻油(CO)为主要单体,2,2-二羟甲基丙酸(DMPA)为亲水扩链剂,采用甲基丙烯酸羟乙酯(HMEA)封端的方法合成了含不饱和双键可以紫外光固化的蓖麻油改性水性聚氨酯涂料(PUD),并对其化学基团、乳液粒径以及乳液稳定性进行了研究,还考察了体系中不同DMPA、CO含量对涂膜性能的影响。通过FTIR可以看出合成的PUD中含有-NHCOO-氨基甲酸酯结构,且-C=C-键的特征吸收峰的存在说明PUD中成功地引入了HEMA以及蓖麻油中的不饱和双键。涂膜在紫外光固化20s时双键转化率已达到90.1%,20s以后固化双键转化率变化不大。当DMPA含量为6.5%,CO含量为14.8%时,乳液较稳定且涂膜力学性能较好。其次,为了提高涂料固化效率,本文采用活性单体季戊四醇三丙烯酸酯(PETA)、二丙二醇二丙烯酸酯(DPGDA)对蓖麻油基水性聚氨酯进行改性,考察了不同PETA与DPGDA的比值对涂膜、漆膜固化速度及膜性能的影响。结果表明PETA/DPGDA活性单体的加入能够显著加快体系紫外光固化速率,涂膜紫外光固化时间减少至20s。且加入活性单体能够增强漆膜的硬度,PETA/DPGDA的比例为9:1、7:3的漆膜硬度都达到了 4H。最后,为了弥补紫外光固化的不足,在体系中引入空气固化体系,利用环烷酸类催干剂加速蓖麻油中活泼亚甲基的氧化,提高交联速度,既能为紫外光不能辐射到的漆膜阴影部分提供辅助固化作用,同时也能部分解决丙烯酸单体因氧阻聚而固化不完全的缺陷,弥补单一紫外光固化的不足,从而使体系固化完全。结果表明通过紫外光/空气固化的涂膜凝胶率达到95.3%、吸水率为12%而紫外光固化涂膜凝胶率为93%、吸水率为14.5%。紫外光/空气固化涂膜拉伸强度最高13.06MPa,断裂伸长率最低22.53%,而紫外光固化涂膜拉伸强度为7.29MPa,断裂伸长率为32.85%。紫外光/空气和空气/紫外光双重固化漆膜硬度均达到了 4H,附着力均为0级;紫外光固化漆膜硬度为3H,附着力为1级。紫外光/空气和空气/紫外光双重固化体系木器耐水性、力学性能、漆膜硬度、附着力优于传统单一紫外光固化方式,能较好的应用于木器涂料领域。
【学位授予单位】：东北林业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TQ637
【图文】：

化反应大多数是通过紫外光引发的链式聚合反应［９］。紫外光固化是在紫外光的照射下，逡逑光引发剂分解成活性自由基，引发预聚物或单体上的不饱和键发生聚合，体系的交联密逡逑度迅速增加，体系由线性结构转变为交联网状结构，光引发交联示意图如图１所示［１（）］。逡逑＼逦ｐｈｏｔｏｉｎｉｔｉａｔｏｒ邋＼逦￣＾逡逑ｗ￡ｒ逦ｐｒｅｐｏｌｙｍｅｒ逦＇一？；逦逦逡逑ｃｒｏｓｓｌｉｎｋｉｎｇ逡逑图１－１光引发预聚物交联示意图逡逑紫外光引发的聚合反应主要包括阳离子聚合和自由基聚合，紫外光引发自由基聚合逡逑固化的速率更快，在涂料中的应用也更广泛［１１］，下面着重介绍紫外光引发自由基聚合的逡逑机理。ＵＶ引发自由基固化机理分为链引发、链增长、链终止三个步骤，基木原理为：逡逑（１）链引发逡逑光引发剂吸收紫外光的能量裂解成初级自由基，丨由褪通过引发平体上的小饱和双逡逑键生成增长链［１２１；逡逑－１邋－逡逑

从而交联。结果表明，这种方法能让ＡＴＯ纳米颗粒很好地分散在复合体系逡逑中，并且加入３邋ｗｔ邋％邋ＡＴＯ纳米颗粒能显著增强ＷＰＵ涂料的保温效果，是一种很有应用逡逑前景的节能玻璃保温涂料。图１－２为不同含量ＡＴＯ溶胶－凝胶膜的扫描电镜图。逡逑：逡逑二：，ｒ二Ｓ逡逑．＿ｉ逡逑ｙ逦逦逦ｖＫＣ－＊ｔ？ｍ逦？＊ｓ？邋ＸｔＳｆ＇＊逦！？＆＊＞＊逦ｐｌｌｍ邋Ｉ邋逦逦＊？？＊逦？，ｓ？逦ｊ｜｜｜｜｜逡逑图１－２不同含量ＡＴＯ溶胶－凝胶膜的扫描电镜图逡逑Ｌｖ［３２１等以ＫＨ５７０为改性剂用溶胶－凝胶法制备了水性紫外光固化聚氨酯丙烯酸酯／逡逑二氧化硅（ＰＵＡ／Ｓｉ０２）纳米复合材料。透射电镜（ＴＥＭ）结果显示，ＰＵＡ／Ｓｉ０２纳米复逡逑合粒子的尺寸约为７０－１００邋ｎｍ，表面张力和接触角测试均表明纳米复合材料具有良好的逡逑润湿性。结果表明，改性３丨０２可以提高ＰＵＡ涂层的固化速，纳米二氧化硅在ＰＵＡ基逡逑体中有良好的分散，ＰＵＡ／Ｓｉ０２的软硬段均有良好的相混合，纳米复合膜具有较好的刚逡逑性、硬度、耐磨性和耐候性。将水性紫外光固化的ＰＵＡ／Ｓｉ０２纳米复合材料应用于热变逡逑色涂料中，表现出良好的温度敏感性和可逆性，是一种稳定的温敏型智能涂料。逡逑１．２．５双重固化涂料研究进展逡逑紫外光固化在固化过程中

ｈ２Ｉ＿＾＿ｃｈ２逡逑0逡逑图１－４异氰酸三缩水甘油醚（ＴＧＩＣ）结构式逡逑薇逡逑…：％逡逑图１－５乳液透射电镜图逡逑１．３水性聚氨酯简介逡逑水性聚氨醋（ｗａｔｅｒｂｏｒｎｅ邋ｐｏｌｙｕｒｅｔｈａｎｅ，邋ＷＰＵ）是以水代替有机溶剂作为分散介质的逡逑新型聚氨酯体系，水性聚氨酯以水为溶剂，具有无污染、环保、安全、易改性等优点。逡逑随着国家对环保严格立法以及人们对保护环境的意识逐渐加强，环保型的水性聚氨酯在逡逑纺织品、皮革涂饰剂、涂料、造纸、胶粘剂等众多领域已得到广泛应用［３８］。逡逑１．３．１水性聚氨酯的分类逡逑按照水性聚氨酯在水中粒径大小以及分散形态［３９１，水性聚氨酯分类如表１－２：逡逑－６邋－逡逑

【参考文献】

相关期刊论文 前1条

1 殷海龙;卿宁;;改性UV固化水性聚氨酯丙烯酸酯合成研究[J];涂料工业;2012年11期

相关硕士学位论文 前4条

1 宋文迪;紫外光固化水性聚氨酯丙烯酸酯的制备及性能研究[D];北京化工大学;2018年

2 王梦瑶;UV固化水性聚氨酯基聚合物乳液的制备及应用[D];天津大学;2017年

3 许春丽;蓖麻油基水性聚氨酯包膜材料的制备及其性能研究[D];哈尔滨工程大学;2017年

4 廖玛利;蓖麻油改性的室温自交联型聚氨酯分散体的合成与性能研究[D];华南理工大学;2016年

本文编号：2777763