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水性双组份丙烯酸聚氨酯的制备与性能研究

周新华  
【摘要】:水性双组份聚氨酯以水为介质,常温成膜,具有低污染、省能源的优点,以其代替溶剂型双组份聚氨酯势在必行。虽然部分水性双组份聚氨酯在国外已进入实际应用阶段,但这方面的理论还很不成熟。因此,要详细、全面地掌握水性双组分聚氨酯的组成、制备工艺、成膜条件三者与涂膜性能的关系,尚需进行大量全面而深入的研究工作。 水性双组份聚氨酯由聚合物多元醇和多异氰酸酯组成,其中聚合物多元醇影响着多异氰酸酯在水相的分散性、成膜过程中分子的扩散与交联以及涂膜的最终性能。聚合物多元醇的种类及制备方法较多,其中丙烯酸多元醇具有分子量、玻璃化温度和羟基含量易于调节等优点,采用不同聚合工艺可得乳液和分散型两类丙烯酸多元醇。因此,选用丙烯酸多元醇研究水性双组分聚氨酯具有较好的代表性。 -NCO与水的反应、多异氰酸酯难于在多元醇中的分散均匀以及组份间分子链扩散交联不充分,是研究水性双组份聚氨酯的关键问题。本文围绕上述问题,首先合成了水溶性羟基丙烯酸(hs-WA)树酯、羟基丙烯酸乳液,并在后者的基础上合成了具有微凝胶核结构的羟基丙烯酸(Si-PHA)乳液。然后以hs-WA树脂/HDI缩二脲、Si-PHA乳液/水分散性多异氰酸酯为对象,系统研究两组份分散和成膜的影响因素,并对水性双组份聚氨酯乳液和涂膜结构性能进行了表征。 探讨了低酸值hs-WA树脂粘度和水溶性的影响因素,研究了溶剂极性和羟值对hs-WA树脂相反转的影响,用透射电镜观察了hs-WA分散体粒子的形态并用粒径分布仪跟踪了分散体粒径的变化。结果表明,羟值和聚合温度是影响树脂粘度的主要因素。hs-WA树脂酸值为15~40mgKOH.g~(-1),羟值为60~150mgKOH.g~(-1)时,树脂水溶性好,相转化过程中,溶剂亲水性越强,羟值越高,相转化点时固含量越高。将水加入hs-WA树脂稀释时,hs-WA分散体粒子呈不规则球形,其中部分粒子呈空心不规则球形;而将hs-WA树脂加入水时,得到的hs-WA分散体乳胶粒呈不规则的条状。相转化法获得乳胶粒放置一段时间后,粒径增加,粒径分布变窄。 系统研究了复合乳化剂HLB值、补加乳化剂用量、乳液固含量、丙烯酸含量和加入方式、羟基含量、聚合温度、预乳化单体滴加速率对羟基丙烯酸乳液聚合稳定性的影响,分析了乳液聚合失稳机理,并用粒径分布仪和透射电镜表征乳胶粒的结构。结果表明,除乳胶粒表面乳化剂不足所致的失稳外,乳胶粒表面分


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