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水可分散性羟基丙烯酸酯结构与性能研究

李月常  
【摘要】:自1972年,德国Bayer公司开发用于皮革涂饰的水性聚氨酯后,使得水性聚氨酯引起世界各国关注。20世纪90年代初,Jacobs成功研制出可分散于水的多异氰酸酯固化剂,从而使双组分水性聚氨酯涂料的研究迅速发展起来。双组份水性聚氨酯以水为分散介质,低毒环保,而且具有同溶剂型聚氨酯相媲美的性能,替代溶剂型聚氨酯势在必行,是近十几年来的研究热点。 目前,水性聚氨酯固含量较低,大量的水挥发较慢,并消耗固化剂发生副反应。双组份聚氨酯的结构与性能主要取决于羟基组分,为缓解以上问题,本文从羟基组分入手,提高羟基组分的固含量、并且使其兼有高羟值与低粘度。通过控制羟基组分的结构来平衡高固含量、高羟值与低粘度之间的矛盾关系,并与多异氰酸酯交联固化获得性能较好的聚氨酯涂膜。 通过溶液自由基聚合方法,以AIBN为引发剂、巯基乙醇为链转移剂、丙二醇甲醚为溶剂,采用滴加式半连续反应方式,根据自由基聚合动力学研究中聚合反应温度、引发剂和链转移剂浓度与聚合物分子量的关系,改变聚合反应温度、引发剂和链转移剂浓度制备一系列羟基丙烯酸酯共聚物,并利用GPC和粘度计考查了以上各因素对树脂分子量、分子量分布和粘度的影响,结果显示粘度随聚合温度升高,引发剂和链转移剂浓度增加而降低,影响树脂分子量分布的因素主次顺序为:链转移剂量引发剂量聚合温度,影响树脂分子量的因素主次顺序为:链转移剂量聚合温度引发剂量。玻璃化转变温度对羟基丙烯酸酯的粘度影响较大,实验通过改变软硬单体的比例制得一系列不同玻璃化转变温度的树脂,结果表明玻璃化转变温度每降低10℃粘度下降10%以上。选取最优反应条件获得羟值为125 mgKOH/g、固体含量为70%的水可分散性羟基丙烯酸酯,羟基丙烯酸酯数均分子量在1500~3000,分子量分布为2.2左右,粘度为4200 mPa·s。羟基丙烯酸酯水分散后呈半透明状并泛蓝光,水分散体冻融稳定性、贮存稳定性、热稳定性均良好;虽然聚合物链段上的极性基团羧基和羟基均有较好的亲水性,但羟基丙烯酸酯水分散性研究表明,树脂的水分散性主要取决于羧基的含量,羟基对树脂的水分散性有辅助作用。 将羟基丙烯酸酯树脂与Bayer公司的Desmodur(?) N 3390疏水性多异氰酸酯HDI三聚体配制成双组份水性聚氨酯涂料,获得较好的涂膜性能:附着力等级2、铅笔硬度H-2H、抗冲击性50Kg·cm、耐水性良好。


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