水性聚氨酯涂料的制备、改性及其性能研究-硕士论

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1、，≤三豢慧、j-一删wii；i—h、L．1⑧天率大蓦、工程硕士学位论文_^Halj}■¨】I爿0【H_0l昌号爿_0【啊啊N爿昌曲-疆II●】0_领域：材料工程作者姓名：李冰指导教师：封伟教授企业导师：葛德民高工天津大学研究生院2006年1月摘要以前由于市场需要，传统的溶剂型涂料由于其良好的综合力学性能和表面性能一直受到广泛应用。近年来，许多国家相继颁发了有关控制挥发性有机化合物(VOC)的法令。在这种背景下，水性涂料得到了迅猛的发展。其中水性聚氨酯涂料由于其使用性能的优异，受到了广泛的关注及重视。由于水相的引入，与溶剂型聚氨酯涂料相比，对水性

2、聚氨酯的制造具有更高的难度。国外对水性聚氨酯的研究近年来取得了迅猛的发展，对水性聚氨酯的制造和其化学行为提出了许多新的见解。国外的厂家采用了脂肪族异氰酸酯为主要原料，制备出了性能优良的水性聚氨酯涂料。国内我们主要以芳香族的异氰酸酯(如甲苯二异氰酸酯)为原料，相关理论和生产均处在起步阶段。本课题采用甲苯二异氰酸酯、聚醚二元醇和二羟甲基丙酸为主要合成原料进行预聚，然后在水中分散、乳化得到自乳化水性聚氨酯。对其制备工艺进行了初步探索，确定了合理的工艺条件。本实验系统地研究了亲水单体二羟甲基丙酸的含量、扩链剂的含量、NCO／0H投料比等对预聚物的黏度、

3、以及对其涂膜的拉伸强度、延伸率、剪切强度和耐水性的影响。所得的水性聚氨酯贮存稳定，性能良好。通过傅立叶红外光谱表征，说明了聚氨酯分子链中存在氢键，其硬段的存在使聚氨酯具有优良的拉伸强度，而软段则赋予聚氨酯优良的柔韧性能。在制备水性聚氨酯基础上引入了环氧树脂，制得了环氧改性水性聚氨酯。环氧树脂的引入使水性聚氨酯中具有了交联结构，与改性前的水性聚氨酯相比，其涂膜耐水性、耐溶剂性以及机械性能都得到了提高。并研究了环氧树脂的引入方法及环氧树脂加入量对分散体及其涂膜性能的影响。傅立叶红外光谱分析显示出了环氧树脂与水性聚氨酯之间存在化学键的连接。以上实验各

4、项结果显示，通过环氧树脂改性取得了预期效果，所得产品的综合性能优异。关键词：水性聚氨酯；异氰酸酯：傅立叶红外光谱；环氧树脂；改性ABSTRACTInthepast，marketdemandsforhighperformanceandappearancewerethepacemakerinthedevelopmentofcoatings．Mainlysolventbornesystemswereinuse．Today,amajorchangeincoatingstechnologyiscausedbytherestrictionsonvolati

5、leorganiccompoundsⅣOC)incoatings．Thesegovernmentregulationscombinedwithperformanceadvantagesarethekeytothesuccessofwaterbornepolyurethane．ThepreparationofwaterbornePU，comparedtosolventbomesystems，ismorechallengingbecauseofworkingintheaqueousphase．Requirementforcoatingswithhi

6、gherperformance，formerlysetbysolventbornecoatings，couldnotbematchedbywaterbornesystems．Recently,theproductionandchemistryofwaterbornePUhavebeenstudiedsuccessfullyinoverseas，andthewaterbornePUcoatingswithgoodpropertieshavebeenobtainedfromaiiphaticdiisocyanate．Howeverinchina,t

7、hearomaticdiisocyanate(TDIetc．)isthemainmaterialtoproducePU，andthestadyonwaterbornesystemisstillatinitialstage．Inthispaper,theanionicwaterbornepolyurethanewasobtainedfromtoluenediisocyanate(TDI)，polypropyleneglycol(PPG)，anddimethlolpropiouicacid(DMPA)，followingaemulsificatio

8、nprocess．ThereactionconditionwasdeterminedandtheeffectofDMPAcontent，chainex