水性光固化聚氨酯制备工艺优化及漆膜性能研究

发布时间：2018-01-10 08:12

本文关键词：水性光固化聚氨酯制备工艺优化及漆膜性能研究　出处：《南昌航空大学》2017年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：近年来为了保护环境,世界各国对环境治理力度不断加大,国家相继出台法律法规。涂料作为污染的重要来源,污染环境、威胁人身安全,环保、无毒、对人身伤害少的环保型涂料日益引起人们的重视。水性光固化涂料结合了水性涂料污染少、VOC含量低、无毒、安全和光固化技术节能、高效的优点,近年来成为环保涂料领域的研究热点。然而其制备工艺的研究尚不系统,本文系统研究了二元醇结构、DMPA含量、官能度、成盐剂、乳化工艺等对水性光固化涂料分散性能、稳定性、固化行为和漆膜性能的影响。并在树脂结构中进一步引入侧基硅氧烷,以降低固化漆膜表面能和提高耐水性。具体研究内容如下:采用商品化多元醇(PEG1000/PCL1000/PLA1000)、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、二羟甲基丙酸(DMPA)、丙烯酸羟丙酯(HPA)、季戊四醇三丙烯酸酯(PETA)等为原料合成了一系列不同结构和羧酸含量的聚氨酯丙烯酸酯预聚物。采用FTIR和1H-NMR对合成预聚物进行了结构表征,结果表明成功合成了预期产物。采用三乙胺(TEA)、N,N-二甲基乙醇胺(DMEA)和三乙醇胺(TEOA)对树脂中的羧酸进行中和,研究了中和度、剪切速率、剪切时间、DMPA含量等对树脂分散行为的影响,采用激光粒度仪测试了分散液粒径,并采用高速离心和冻融循环对分散液稳定性进行了研究。结果表明,随DMPA含量从4wt%升高到10wt%,分散液外观由乳白色转变为澄清透明、分散液黏度上升,分散液黏度从12.0 mPa.s增加到17.6 mPa.s、分散液平均粒径从45.50 nm减小到10.32 nm;中和度从60%到过量,分散液外观由乳白色向乳白色泛蓝光转变,分散液平均粒径从94.20 nm减小到39.31 nm。适宜的DMPA含量为5wt%,适宜的成盐剂为DMEA,最佳乳化工艺为中和度80%~90%,剪切时间40 min、剪切速率3000 r/min,分散液外观为乳白色、微泛蓝光,分散液粒径为36.60 nm,分散液稳定性超过六个月。采用傅里叶红外光谱法(FTIR)对紫外光固化过程进行监测,结果表明,各个体系在25 s后双键转化率达到平衡,最终丙烯酸双键的转化率均为92%以上。采用凝胶含量、溶水率、吸水率、耐介质性能、物理性能等研究了二元醇结构、官能度、DMPA含量等对固化漆膜性能的影响。结果表明:凝胶含量随官能度的增加而提高,而DMPA含量的提升降低了凝胶含量,从DMPA含量为4wt%时的85%降低到DMPA含量为10wt%时的69%。PCL/PLA体系固化膜吸水和溶水率比PEG体系固化膜低,DMPA含量的提升恶化了漆膜的耐水性能,固化膜吸水率从DMPA含量4wt%时的18.5%上升到19.8%,溶水率从DMPA含量4wt%时的3.1%上升到6.9%。固化漆膜具有良好的物理性能,柔韧性达到0.5 mm,在马口铁上的附着力为均达到0级,PCL/PLA体系固化膜铅笔硬度达到3H,PEG体系固化膜铅笔硬度达到H,随DMPA含量从4wt%提升到10wt%,铅笔硬度从2H降低到2B以下。为了提高固化膜的耐水性,按一定比例将含硅二元醇加入紫外光固化聚氨酯体系,采用FTIR对改性预聚物进行了结构表征。采用静态接触角测试法对固化膜的表面性能进行测试。随着含硅二元醇含量的增加,固化膜的接触角显著增加,PCL体系固化膜接触角由54°增加到96°。PLA体系的固化膜凝胶含量超过90%。含硅二元醇含量为8wt%时,固化膜耐水性、耐介质性能显著较好,综合各性能可知最佳含硅二元醇含量为8wt%。
[Abstract]:A series of polyurethane acrylate prepolymers with different structure and carboxylic acid content were synthesized by means of FTIR and 1H - NMR . In order to improve the water resistance of the cured film , the content of DMPA increased from 18.5 % to 19 . 8 % when the content of DMPA reached 4wt % .

【学位授予单位】：南昌航空大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TQ637

【参考文献】