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紫外光固化磺酸基-羧基型水性聚氨酯丙烯酸酯的合成与性能研究

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第一章 绪论

1.1 前言

1.2 紫外光固化技术

1.2.1 紫外光固化技术简介

1.2.2 紫外光固化技术原理

1.2.3 紫外光固化体系的组成

1.2.4 紫外光固化技术的优缺点及发展趋势

1.3 水性聚氨酯

1.3.1 水性聚氨酯的原料选择

1.3.2 水性聚氨酯的化学基础

1.3.3 水性聚氨酯的制备方法

1.3.4 水性聚氨酯的应用

1.4 磺酸型水性聚氨酯简介

1.4.1 硬段含磺酸盐的水性聚氨酯

1.4.2 软段含磺酸盐的水性聚氨酯

1.4.3 课题的提出

1.5 本论文主要研究内容及创新

第二章 磺酸基-羧基型水性聚氨酯分散体的合成及性能表征

2.1 水性聚氨酯离聚体的合成

2.1.1 实验原理

2.1.2 实验原料

2.1.3 实验仪器

2.1.4 实验步骤

2.2 水性聚氨酯乳液的制备

2.3 水性聚氨酯乳液性能表征

2.3.1 固含量的测定

2.3.2 乳液平均粒径的测定

2.3.3 黏度的测定

2.3.4 乳液机械稳定性的测定

2.4 结果与讨论

2.4.1 预聚体合成条件的选择

2.4.2 水性聚氨酯预聚体的红外谱图分析

2.4.3 不同分子量的聚酯磺酸盐二元醇对制备乳液的影响

2.4.4 NCO/OH摩尔比(R值)对乳液性能的影响

2.4.5 DMPA含量对乳液性能的影响

2.4.6 聚酯/聚醚摩尔比对乳液性能的影响

2.4.7 中和度对乳液性能的影响

2.5 本章小结

第三章 紫外光固化水性聚氨酯分散体的制备及性能表征

3.1 实验部分

3.1.1 实验原料

3.1.2 实验仪器

3.1.3 胶膜的制备

3.1.4 光固化动力学研究

3.1.5 胶膜结构表征与性能测试

3.2 结果与讨论

3.2.1 固化膜的红外谱图

3.2.2 吸水率测试

3.2.3 耐酸耐碱性测试

3.2.4 胶膜热重分析(TGA)

3.2.5 力学性能测试

3.2.6 铅笔硬度测试

3.3 本章小结

第四章 结论与展望

参考文献

致谢

在学期间研究成果

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摘要

近年来,有关可挥发性有机物(VOC)排放的立法越来越严格,使得溶剂型涂料逐渐被取代,新型的环保型涂料成为研究和发展的热点。紫外光(UV)固化技术具有高效、节能、环保等优点,UV固化水性聚氨酯(WPU)结合了UV固化技术和水性聚氨酯的优点,赋予了涂膜更加优异的性能,因而具有更广阔的发展前景。
  本论文以聚酯磺酸盐二元醇、聚醚二元醇(DL2000)、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、甲基丙烯酸羟乙酯(HEMA)、2,2-二羟甲基丙酸(DMPA)为原料,合成了水性聚氨酯丙烯酸酯(WPUA)预聚体和水分散体。探索了制备预聚体的反应条件,即聚酯/聚醚二元醇与IPDI反应时间2 hrs,温度60~65℃,加入DMPA后继续反应3 hrs,温度60~65℃,引入HEMA反应2 hrs,温度70℃。对预聚体的结构进行了红外表征,研究了不同聚酯/聚醚二元醇配比、不同DMPA含量、不同NCO/OH摩尔比、不同中和度对WPUA水分散体外观、平均粒径、粘度的影响。
  探索了光固化条件,得到以下结论:选择使用1173为光引发剂,用量为3%,光固化时间2 min制备UV固化膜。研究了不同聚酯/聚醚二元醇配比、不同DMPA含量、不同NCO/OH摩尔比、不同光引发剂用量对固化膜的耐水性、耐酸碱性、热性能、硬度、拉伸强度和断裂伸长率的影响。采用红外光谱仪(FTIR)、热重分析仪(TGA)、差示扫描量热仪(DSC)、拉力试验机对固化膜的性能进行表征。结果为当磺酸盐的含量(0.8%)一定时,DMPA的含量对固化膜的耐水性和耐酸碱性影响较大。当DMPA的含量为3%时,固化膜的耐水性和耐酸碱性最好。NCO/OH摩尔比、DMPA的含量和交联密度影响固化膜的热性能和力学性能。随着NCO/OH摩尔比的减小,DMPA含量的减少,固化膜的热稳定性增大,柔性增大,拉伸强度降低,断裂伸长率增高,硬度降低。

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