聚碳酸亚丙酯型水性聚氨酯木器漆的合成及改性研究

发布时间：2020-08-07 17:00

【摘要】：CO2共聚物多元醇(PPC)是合成聚氨酯的新型材料,相比于传统聚醚、聚酯型聚氨酯,PPC型聚氨酯兼具耐水解、高力学强度的优点。本课题组多年来一直从事PPC的合成与应用研究,已开发出性能优良的PPC型水性聚氨酯材料。本论文以PPC、IPDI、DMPA等为主要原料,合成了一系列不同类型的水性聚氨酯,制备木器漆,研究了硬段、DMPA含量、TMP、小分子扩链剂种类、不同软硬段结构等对水性聚氨酯及木器漆性能的影响。本文还分别采用及复合采用植物油、硅烷偶联剂SCA-37对PUD进行改性,采用FT-IR表征PUD结构及Zeta电位仪分析乳液粒径,考察了SCA-37、植物油、熟化工艺、固化剂等因素对乳液和木器漆性能的影响。另外,研究了纳米二氧化硅改性水性聚氨酯木器漆,通过原位聚合法和物理共混法合成改性PUD,采用FT-IR表征表面化学基团成分,SEM分析复合材料的形貌,以及通过热重分析探究其热降解过程,考察了两种改性方法对PUD以及木器漆性能的影响。研究结果如下:(1)PUD合成参数如硬段、DMPA含量、TMP、小分子扩链剂种类等对PUD及木器漆性能产生较大影响。硬段含量增加,木器漆的硬度和耐水性有提升,乳液热贮存稳定性下降;DMPA含量增加,乳液外观变好,漆膜耐水性下降,光泽度提高;随着TMP含量的增加,木器漆硬度提高、耐水性和耐乙醇性轻微提升;含刚性己环的小分子醇扩链剂,在硬度、耐水性和耐乙醇性方面优于直链型扩链剂。(2)与传统聚醚多元醇型木器漆相比,PPC型水性木器漆具有硬度高、光泽性好、丰满度高、打磨性好的优点,工业应用前景广阔。(3)PPC型水性木器漆,综合性能优良,除耐乙醇性外其他性能均达到水性木器漆使用要求。(4)SCA-37改性后木器漆的耐沸水性、耐乙醇性明显提升,硬度大幅度下降,当SCA-37用量达到2wt%时,耐沸水、耐乙醇性达到水性木器漆性能要求。(5)植物油改性后木器漆的耐水性、耐乙醇性明显提升,光泽度提高,硬度稍微下降,打磨性变差,当植物油含量达到7.4wt%,耐沸水、耐乙醇性达到水性木器漆要求,打磨性好、硬度较好。(6)植物油硅氧烷双重改性后耐乙醇性进一步提升,当SCA-37用量为3wt%、植物油含量为7.4wt%时,漆膜耐70vol%乙醇8h无异常,耐50vol%乙醇擦拭大于500次,达到溶剂型性木器漆要求。(7)熟化温度对VSPUD的外观以及稳定性有较大影响,熟化温度为45~55℃时,乳液外观、贮存稳定性最好。(8)固化剂可以使VSPUD木器漆性能进一步提升,固化剂用量越高,木器漆的硬度、光泽越高,耐乙醇性越好,当固化剂用量达到4wt%时,耐70vol%乙醇擦拭大于500次。(9)原位聚合法改性后,胶膜及木器漆的耐水性明显提高,耐乙醇性无明显变化,硬度提高,光泽轻微下降。物理共混法改性后,胶膜及木器漆的耐水性明显下降,耐乙醇性轻微变差,硬度大幅度提高、光泽大幅度下降。(10)TGA分析表明,纳米二氧化硅改性后胶膜的耐热性有显著提高,原位聚合法改性效果优于物理共混法。SEM分析表明,原位聚合法改性,纳米二氧化硅和聚氨酯相容性较好,胶膜表面比较平整;物理共混法改性,纳米二氧化硅和聚氨酯相容性差,胶膜表面比较粗糙。
【学位授予单位】：广东工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TQ630.1
【图文】：

SPUD-3% SPUD-4%图 3-1 SCA-37 含量对 SPUD 的接触角影响Fig3-1 Effect of different SCA-37 content on the contact angle of SPUD-1 可以看出，随着 SCA-37 含量的增大，水接触角逐渐提高。链段容易向胶膜表面富集，形成低表面能表面，SCA-37 含硅氧键分布越密集，涂膜耐水性越好。-37 含量对木器漆性能的影响同 SCA-37 含量的 PUD 制备成水性木器漆，测试性能，发现耐酸、耐沸水和耐乙醇性能有较大提升，如表 3-2 所示。表 3-2 SCA-37 含量对木器漆性能的影响Table 3-2 Effect of SCA-37 content on the properties of wood coatin

图 4-5 INSPUD 和 BNSPUD 胶膜的 SEM 图Fig4-5 SEM photos of INSPUD and BNSPUD films在图 4-5 中，左图为 INSPUD 胶膜表面的 SEM，右图为 BNSPUD 胶膜表面的SEM，可以看出，INSPUD 表面比较平整，颗粒较少，BNSPUD 表面较为粗糙，颗粒较多。INSPUD 中纳米二氧化硅与聚氨酯通过化学键接，两者相容性好，纳米二氧化硅容易被聚氨酯包裹，因此胶膜表面更为平整。而物理共混改性的 BNSPUD，纳米二氧化硅与聚氨酯相容性差，不易被聚氨酯包裹，形成大量的突起颗粒，因此表面较粗糙。这也解释了共混改性后光泽大幅度下降、 原位聚合改性光泽轻微下降的原因。4.6 本章小结本章通过原位聚合法和物理共混法改性水性聚氨酯，考察了纳米二氧化硅含量

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本文编号：2784268