環(huán)保型多重交聯(lián)水性聚氨酯涂料的制備、表征及應(yīng)用.pdf

1、隨著環(huán)保法規(guī)的日益嚴(yán)格和人們環(huán)保意識的逐漸增強，水性聚氨酯涂料取代溶劑型產(chǎn)品已成為一個必然的發(fā)展趨勢，傳統(tǒng)的水性聚氨酯涂料由于分子結(jié)構(gòu)的限制，其涂膜的力學(xué)性能、耐水性、耐溶劑性、硬度等相關(guān)性能達不到應(yīng)用的要求。近年來通過改性提高其性能已成為國內(nèi)外研究的熱點。在涂料及膠粘劑領(lǐng)域，交聯(lián)結(jié)構(gòu)可賦予材料更好的機械性能、耐水和耐溶劑性能。本研究結(jié)合水性聚氨酯的交聯(lián)改性和復(fù)合改性兩種方法提高其交聯(lián)度，制得了一系列改性水性聚氨酯(WPU)，研究了改性

2、乳液及其膠膜的結(jié)構(gòu)與性能。為交聯(lián)改性水性聚氨酯的成膜機理和使用性能提供理論指導(dǎo)，并為水性聚氨酯涂料的實際應(yīng)用提供一定的基礎(chǔ)研究。本論文的主要工作如下：
　　 1、合成部分：用二乙醇胺(DEA)和雙丙酮丙烯酰胺(DAAM)按Michael加成反應(yīng)機理合成了一種新的聚氨酯擴鏈劑DDP（N-[（1，1-二甲基-2-乙酰基）乙基]-β-二羥乙氨基丙酰胺）。利用自制的DDP作為自交聯(lián)單體，和異佛爾酮二異氰酸酯(IPDI)、聚四氫呋喃二醇(

3、PTMG1000)、二羥甲基丙酸(DMPA)、1，4-丁二醇(BDO)、三羥甲基丙烷(TMP)反應(yīng)，合成了側(cè)鏈含活性酮羰基的聚氨酯預(yù)聚體，加入硅烷偶聯(lián)劑3-氨基丙基三乙氧基硅烷(KH550)封端改性后，加水乳化，向乳液中加入己二酸二酰肼(ADH)，成功制得系列酮肼交聯(lián)及硅烷偶聯(lián)雙重改性的室溫自交聯(lián)水性聚氨酯乳液及其涂膜。
　　 2、結(jié)構(gòu)與性能表征：
　　 (1)ATR-FTIR和NMR分析證實擴鏈劑DDP的合成。利用AT

4、R-FTIR對涂膜結(jié)構(gòu)進行表征，證實乳液成膜時酮肼交聯(lián)反應(yīng)的發(fā)生，KH550也成功以封端劑的形式和聚氨酯預(yù)聚體發(fā)生反應(yīng)。
　　 (2)研究了DMPA、DDP、KH550用量及n(NCO)/n(OH)值對聚氨酯乳液的穩(wěn)定性和粒徑的影響。隨著DMPA用量的增加，聚氨酯分散液的穩(wěn)定性增加，乳膠粒粒徑變??；DDP用量對乳液的穩(wěn)定性和粒徑的影響較?。籏H550的加入，則可使乳液粒子的粒徑明顯增大，其用量直接影響乳液的穩(wěn)定性。
　　

5、 (3)通過TEM觀察乳液粒子形貌。所制備的聚氨酯乳液乳膠?；境是蛐谓Y(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)較為規(guī)整。酮肼交聯(lián)改性對分散體的乳膠粒子沒產(chǎn)生不良影響。
　　 (4)研究了聚氨酯乳液的流變行為。聚氨酯乳液的表觀黏度隨剪切速率的增加而降低，聚氨酯乳液屬于假塑性流體。隨DMPA用量的增加，乳液粘度增大；隨著DDP用量的增加，體系的非牛頓性增強，且黏度大幅度上升，觸變性增大；隨著KH550用量的增加，乳液的黏度、觸變性都呈現(xiàn)先增加后減弱的趨勢。

6、>　　 (5)對聚氨酯涂膜的熱性能進行了系統(tǒng)的研究。膜的熱穩(wěn)定性隨COOH含量的增加而增加。n(NCO)/n(OH)值增大即硬段含量增大時，熱穩(wěn)定性降低。隨著DDP含量的增大，提高了膠膜在300℃以上的穩(wěn)定性。當(dāng)KH550％為10％時，膜的熱分解溫度最高。
　　 (6)研究了DMPA、n(NCO)/n(OH)、n(-NHNH2)/n(-CO-)、DDP含量和KH550含量對聚氨酯涂膜力學(xué)性能、耐水性及耐溶劑性能的影響，確定了最

7、佳原料配比為n(NCO)/n(OH=1.4，n(-NHNH2)/n(-CO-)=1:1，DDP％=6.08％，KH550％=10％，DMPA％=1.56％。在此條件下制備的聚氨酯膜的交聯(lián)度達到92.23％，鉛筆硬度為2H，拉伸強度增大到34.6MPa，吸水率降低至12.32％，吸丙酮率亦降低，膜的綜合性能最好。
　　 (7)通過AFM觀察聚氨酯涂膜的表面形貌，并測試了膜表面的水接觸角。AFM表明聚氨酯材料中存在明顯的微相分離結(jié)構(gòu)

8、，硅烷結(jié)構(gòu)的引入有利于水性聚氨酯軟段和硬段的微相分離，而DDP則使軟-硬相間的相容性增加，這與膜的WXRD和DSC分析結(jié)果一致。膜表面水接觸角的測試顯示，隨著KH550含量從0增加到12.5％時，膜的水接觸角從63.15°逐漸增加至82.2°。
　　 3、應(yīng)用：以此乳液為基本成膜樹脂，添加適量的消泡劑、增稠劑、潤濕流平劑、成膜助劑，配制的水性聚氨酯木器涂料其性能達到了行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)的要求。
　　 4、共混改性：本實驗

9、基于硅溶膠、水性高分子樹脂共混物成功用作水性建筑涂料，初步嘗試了用硅溶膠共混改性水性聚氨酯，可望在水性木器漆中有所應(yīng)用。將水性聚氨酯乳液與硅溶膠共混，制備了水性聚氨酯/硅溶膠復(fù)合乳液。采用TEM、激光粒度分析儀、流變儀、ATR-FTIR、TG對復(fù)合乳液及其涂膜進行表征，探討了硅溶膠用量對復(fù)合涂膜性能的影響。
　　 (1)ATR-FTIR分析表明，聚氨酯分子和硅溶膠之間可以形成氫鍵，但不存在化學(xué)鍵結(jié)合。
　　 (2)TEM

10、、激光粒度分析測試表明，硅溶膠含量的增加，使復(fù)合乳液粒子粒徑增大，粒度分布變寬，當(dāng)硅溶膠含量高于20％時，乳膠粒子間易發(fā)生團聚。
　　 (3)流變分析發(fā)現(xiàn)，加入硅溶膠后，乳液的表觀黏度（η。）增大，假塑性增強。
　　 (4)性能測試結(jié)果表明，硅溶膠含量小于20％時，復(fù)合乳液具有好的離心穩(wěn)定性，復(fù)合涂膜表現(xiàn)出很好的熱穩(wěn)定性，吸水率僅為27.94％，同時表現(xiàn)出很好的耐溶劑性能，拉伸強度達到27.98MPa，鉛筆硬度達2H，附