高固含量慢反应聚脲涂饰剂的研究

发布时间：2020-08-03 12:03

【摘要】：聚脲(PUA)是近年来顺应环保要求而开发的一种新型无溶剂、无污染的绿色环保高分子材料,由异氰酸酯(A)组分与氨基化合物(R)组分反应制得。A、R组分接触时反应活性极高,导致混合液体极速变黏,聚脲涂层固化迅速,必须使用专业的喷涂设备,而在某些施工场合,由于受到空间或环境的限制(如狭窄的隧洞防渗等)造成了喷涂设备的使用不便。同时涂层固化速度过快也导致聚脲与基材之间的润湿时间不足,造成涂层的开裂或脱落问题。因此调节聚脲固化速度的课题受到了国内外越来越多研究者的普遍关注。潜固化剂是一种利用封闭剂将氨基封闭起来,在特定条件下又能够解封的潜伏性固化剂。目前,国内外将潜固化剂运用到聚脲中与仲胺化合物共同调节聚脲反应速度的研究较少,并且潜固化剂与异氰酸酯组分的固化反应动力学还鲜有报道。本课题利用酮或醛封闭氨基制备潜固化剂,并对固化反应动力学进行讨论,为慢反应聚脲的反应机理研究提供学术参考;最后潜固化剂与未封端的仲胺化合物共同作为R组分,考察潜固化剂含量对反应速度、涂层性能的影响,并取得以下结论:1)本论文以异丁醛为封闭剂封闭N-乙基乙醇胺、N-苯基乙醇胺;以甲基异丁基酮为封闭剂分别封闭乙二胺(EDA)、4,4'-二氨基二环己基甲烷(PACM)和端氨基聚醚(D2000),制备了两种VA唑烷类潜固化剂与三种酮亚胺类潜固化剂,并考察影响胺转化率的因素,得到转化率较高的合成条件。2)利用差示扫描量热法(DSC)依次研究了VA唑烷类与酮亚胺类潜固化剂固化聚脲的反应动力学,经计算得到:VA唑烷类的固化反应活化能为95.763 kJ·mol~(-1),指前因子为3.4×10~111 s~(-1),反应级数1.08,建立了反应动力学方程为dα/dt=3.4×10~(11)exp(-11.52/T)(1-α)~(1.08);酮亚胺类的固化反应活化能为57.68 kJ·mol~(-1),指前因子为2.6×10~6 s~(-1),反应级数为0.90,固化反应动力学方程为dα/dt=2.6×10~6exp(-6.94/T)(1-α)~(0.90);由上述可知:两体系反应级数均接近1,可将其视为表观一级反应,对潜固化剂固化机理进行推断并证实得到,在一定温度下潜固化剂的解封闭反应为固化过程的控制步骤,且解封闭反应速率主要与LCA浓度相关。3)VA唑烷固化聚脲涂层性能测试结果显示:2-异丙基-3-苯基-1,3-VA唑烷(LCA-2)占R组分含量为80%,仲胺扩链剂含量20%时,室温凝胶时间为10 h,满足室温下刷涂或普通设备喷涂的施工时间要求,且涂层附着力1级、柔韧性1 mm、耐冲击50kg·cm、硬度0.78,耐硫酸、耐碱性能保持良好。4)酮亚胺固化聚脲涂层性能测试结果显示:与未封端的氨基相比,酮亚胺制备聚脲的反应速度明显减慢、凝胶时间延长,固化温度也影响着反应的凝胶时间,涂层的综合性能与解封后的胺类物质分子结构有关。使用同种类的潜固化剂固化树脂,当R组分中酮亚胺的质量百分比增加时,漆膜的凝胶时间逐渐增长,与基材之间的润湿时间充足附着力也有所改善,同时酮亚胺分解后产生的惰性物质残留在涂层中起到了内增塑的作用,降低了涂层硬度和拉伸强度。筛选不同种类、不同含量的酮亚胺所制备的聚脲涂层中PUA8、PUA13、PUA15的综合性能表现较优(见表1)。综上所述,VA唑烷、酮亚胺固化聚脲材料的反应速度可控可调,在保留涂层优异性能的基础上既满足了手工刷涂所需要的较长时间,又满足了在工业化生产线上高温快速固化的施工要求,使聚脲的应用不再局限于专业的喷涂设备,并为潜固化剂在聚脲领域的应用提供数据支持。
【学位授予单位】：河北科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TQ630.7

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