基于PEDA的可UV固化水性聚氨酯分散體的合成及改性研究.pdf

1、紫外光(ultraviolate，UV)固化水性聚氨酯分散體由于具有 UV 固化技術的“5E”特征即高效、節(jié)能、環(huán)保、經濟、萬能性和水性技術的低粘度、低甚至零 VOC 含量等優(yōu)點而得到迅速發(fā)展。然而目前UV固化水性聚氨酯分散體主要采用主鏈封端方式或是軟段方式引入可 UV 固化丙烯酸雙鍵，所引入的雙鍵量有限且不能兼顧高的雙鍵含量和高的分子量，聚氨酯中硬段含量也較低，限制了它的應用。本論文采用直接酯化法設計合成一種含有丙烯酸雙鍵的二元醇單體

2、即季戊四醇二丙烯酸酯(PEDA)，并以此單體為擴鏈劑在聚氨酯的側基和鏈端同時引入可 UV 固化的丙烯酸雙鍵，合成了能兼顧高的雙鍵含量和高的樹脂分子量的可 UV 固化水性聚氨酯分散體，同時并不降低聚氨酯中硬段的含量且雙鍵含量可調，對合成過程中的動力學機理及雙鍵含量對樹脂性能的影響進行研究。然而采用 PEDA 制備的可 UV 固化水性聚氨酯分散體，當雙鍵含量較高時則體系交鏈密度大，耐化學品性能優(yōu)異，但是柔韌性較差，不適用于柔軟性基材，因此本

3、論文采用有機硅氧烷對其進行改性，研究了硅氧烷含量和 PEDA 含量對改性后材料性能的影響，對水分子在改性后材料表面的擴散機理進行探討。對于 UV 固化水性聚氨酯分散體而言，由于紫外光的穿透深度有限，當應用于三維零部件或是較厚涂層時常存在陰影區(qū)域或底層不固化或是固化不完全的缺陷，且當雙鍵含量較高時，UV 固化后體積收縮嚴重，影響了對基材的附著力，因此本論文采用丁酮肟(DAM)和3，5—二甲基吡唑(DMPM)作為封閉劑對基于PEDA 的可

4、UV 固化水性聚氨酯分散體進行封閉改性，對該體系的三重固化機理進行研究，采用原位升溫紅外光譜研究加熱—解封閉機理，確定最低解封閉溫度，對改性前后材料的性能進行對比研究。 1．采用直接酯化法合成含有丙烯酸雙鍵的二元醇單體即 PEDA，采用傅立葉變換紅外光譜(FTIR)和核磁共振氫譜(H<'1>NMR)對 PEDA 的結構進行表征鑒定。同時研究了催化劑的種類和量、溶劑、阻聚劑和反應物配比對產物結構和產率的影響。 2．采用合成

5、出的PEDA為擴鏈劑在聚氨酯的側基和鏈端同時引入可UV固化的丙烯酸雙鍵，合成了 UV 固化水性聚氨酯分散體，對合成中各個階段的反應動力學進行研究。通過控制PEDA/HEA 比例得到不同雙鍵含量和不同分子量的可UV固化水性聚氨酯樹脂，研究了雙鍵含量對樹脂的 UV 光固化過程、動態(tài)機械性能(DMTA)和耐熱性能(TGA)的影響。 3．采用二端羥丁基聚二甲基硅氧烷(PDMS)對 UV 固化水性聚氨酯進行改性，將PDMS引入聚氨酯的軟段

6、中，制得了一系列不同PDMS含量和不同PEDA含量的樹脂，采用 FTIR 對其進行結構表征。研究了PDMS含量對改性后樹脂雙鍵轉化率的影響。采用接觸角測量法和涂膜浸泡法研究PDMS改性后材料的表面性能和耐水性能，對水分子在固化膜表面的擴散機理進行探討，對材料的最大吸水率，材料的表面能和水分子的擴散系數三者間的關系進行數學擬合，得出相應的方程。同時研究了PDMS含量對改性后聚氨酯材料力學性能、柔韌性和耐化學品件能的影響。 4．采用

7、DMPM和DAM作為封閉劑對UV固化水性聚氨酯樹脂進行封閉改性研究，采用甲苯二異氰酸酯(TDI)和異佛爾酮二異氰酸酯(IPDI)制得四個不同組成的 UV 固化水性封閉型聚氨酯樹脂，FTIR 對其結構進行表征，并對其三重固化機理進行探討。對 UV 光固化過程的動力學過程進行跟蹤研究，采用原位升溫紅外光譜技術和熱失重分析跟蹤研究解封閉-熱固化過程，確定了最低解封溫度，對解封閉反應機理進行了研究。同時還對熱固化前后材料的耐熱性能與應用性能進行

8、對比研究。 綜上所述，采用本論文設計合成的 PEDA 為擴鏈劑制備的可 UV 固化水性聚氨酯分散體不僅可兼顧高的雙鍵含量和高的樹脂分子量，同時并不降低聚氨酯中硬段的含量，而且雙鍵含量可通過控制 PEDA/HEA 比例進行調節(jié)，所得UV 固化聚氨酯材料的性能明顯優(yōu)于采用主鏈封端方式或是軟段方式所得聚氨酯性能。經有機硅氧烷改性后的 UV 固化水性聚氨酯材料與改性前相比能兼顧優(yōu)異的力學性能，耐化學品性能和低溫柔順性。封閉改性后的 UV