大豆油基光固化水性聚氨酯-TiO2有機無機雜化涂層制備及相關(guān)機理研究.pdf

1、大豆油改性樹脂因充分利用天然可再生樹脂且無污染、產(chǎn)品性能可與石化產(chǎn)品相媲美，已廣泛應(yīng)用于眾多領(lǐng)域。其中值得關(guān)注的是，將大豆油改性樹脂與具有環(huán)保特性的光固化技術(shù)和水性技術(shù)相結(jié)合是目前該領(lǐng)域的研究熱點。此外，針對天然高分子改性樹脂存在力學強度低、易發(fā)霉等缺點開展納米復(fù)合技術(shù)的研究引起了眾多研究者的興趣。
　　本論文合成了系列大豆油基光固化水性聚氨酯樹脂（SOUCWPU），研究了該樹脂體系與水的分散性、光固化行為及固化漆膜性能。進一步采

2、用溶膠-凝膠法制備了SOUCWPU/TiO2光固化有機無機雜化涂層，采用接觸角測量儀研究了不同熱處理溫度和不同光照時間下雜化涂層的循環(huán)光催化行為。具體內(nèi)容與結(jié)論如下：
　　本文采用四步法合成制備大豆油基光固化水性聚氨酯。首先采用丙烯酸開環(huán)環(huán)氧大豆油制備大豆油丙烯酸酯（AESO），第二步采用不同比例丁二酸酐（SAA）對生成的羥基接枝改性制備了丁二酸酐改性的大豆油丙烯酸酯（SAESO），第三步采用不同含量的異氟爾酮二異氰酸酯（IPDI

3、）對剩余的羥基擴鏈改性制備大豆油基光固化聚氨酯（SOUCPU），最后經(jīng)三乙胺對羧酸端基中和制備了大豆油基光固化水性聚氨酯（SOUCWPU）。合成過程中間體和最終產(chǎn)物采用傅里葉紅外光譜(FTIR)與核磁共振氫譜(1H NMR)進行結(jié)構(gòu)表征。
　　對不同體系的 SOUCWPU進行水分散性能研究，結(jié)果表明：隨著羧酸含量與中和度的增加，樹脂在水中的分散由分層至乳白色，再由半透明至完全透明。例如樹脂0.6SAA-0.6R-80％（SAA摩爾

4、比例為0.6，IPDI摩爾比例為0.6，中和度為80%）具有良好的水分散性能。
　　采用FTIR對漆膜的光固化行為進行了研究，結(jié)果表明：隨著刮涂厚度、輻照高度、光引發(fā)劑用量的增加，最終轉(zhuǎn)化率均先增加后減小。適宜的光引發(fā)劑用量為5 wt%，刮涂厚度為50μm，輻照高度為15 cm，固化時間為40 s，最終雙鍵轉(zhuǎn)化率達到87.6%。
　　測試了丁二酸酐含量、異氟爾酮二異氰酸酯含量與中和度等對光固化漆膜物理性能的影響，結(jié)果表明：對

5、SAESO固化漆膜，漆膜物理性能隨著羧基含量的增加而增強。對SOUCWPU固化漆膜，漆膜的鉛筆硬度隨著IPDI含量的增加而增強，柔韌性隨著IPDI含量的增加而減弱；與之相反，漆膜的鉛筆硬度隨著羧酸含量的增加而降低，柔韌性隨著羧酸含量的增加而增強。樹脂0.6SAA-0.8R-80%固化漆膜在所制備固化漆膜中表現(xiàn)出最優(yōu)性能，鉛筆硬度達3H，附著力為0級，柔韌性為0.5 mm。
　　通過溶膠-凝膠法制備了SOUCWPU/TiO2有機無機

6、雜化涂層，利用接觸角測量儀測試不同熱處理溫度處理后的雜化涂層，經(jīng)253.7 nm紫外光照射不同時間、避光不同時間、再次光照不同時間后的接觸角變化，間接研究雜化涂層的光催化性能。結(jié)果表明：光照時，TiO2溶膠含量越高，接觸角下降速度越快，下降幅度越大，而更高的熱處理溫度則讓接觸角下降更加明顯。避光處理后，接觸角緩慢恢復(fù)，再次光照又隨之降低。TiO2溶膠含量為10%，熱處理溫度為120℃時，雜化涂層的接觸角為71°，經(jīng)光照4 h后接觸角降低