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超支化聚合物的合成与改性及其在涂料上的应用

张鹏飞  
【摘要】:超支化聚合物因其高度支化的三维空间结构,使其具有分子间缠结少、溶解性好、黏度低、易成膜和反应活性高等特点。超支化聚合物外围含有大量可以改性的端基,将超支化聚合物端基进行改性后的聚合物应用于紫外光固化涂料中,不仅可以降低体系的黏度,改善涂膜性能,如硬度、柔韧性和耐冲击性等,还可以降低涂料中挥发性有机溶剂的含量,满足环保要求。通过对端羟基超支化聚合物的羟基进行改性,以端羟基超支化聚合物为母体,接枝不同功能基团和特种元素,得到的改性产品具有特殊的性能,可以应用于多种涂料体系。 本研究通过二乙醇胺和甲基丙烯酸甲酯进行Michael加成反应,制得N,N’-二羟乙基-3-氨基甲基丙酸甲酯为臂单体。以季戊四醇为核单体,采用“准一步法”合成第一代和第二代端羟基超支化聚合物。在温度40℃,二乙醇胺与甲基丙烯酸甲酯的摩尔比为1:1.05条件下,反应4h,臂单体的产率最高。端羟基超支化聚合物的最佳反应温度为125℃,最佳反应时间第一代为2.5小时,第二代为5小时。利用红外光谱(IR)和TGA等方法对端羟基超支化聚合物的结构和性能进行了表征与分析。研究表明,第二代端羟基超支化聚合物在270℃下基本分解,两代超支化聚合物都能溶解于大多数常规有机溶剂。 通过甲苯-2,4-二异氰酸酯(TDI)与甲基丙烯酸-β-羟乙酯(HEMA)、2-羟基-2-甲基-1-苯基丙酮(HMPP)反应,得到含双键的TDI-HEMA和含引发基团的TDI-HMPP两种功能单体,并用这两种单体对第二代端羟基超支化聚合物进行端基改性,得到超支化紫外光(UV)自引发聚合物(PM-UV)。合成PM-UV的最佳条件为80℃下反应5小时。利用红外光谱(IR)和TGA等方法对PM-UV的结构和性能进行了表征与分析。研究表明:PM-UV在400℃下基本分解,固化后凝胶含量可以达到80%,改性单体比例不同的PM-UV固化成膜后涂膜均具有较好的性能,以HDDA为活性稀释剂,稀释固化后涂膜的综合性能最好。 采用甲苯-2,4-二异氰酸酯(TDI)和四溴双酚A(TBA)为原料合成异氰酸酯封端的含溴单体(TDI-TBA),以甲基丙烯酸-β-羟乙酯(HEMA)和TDI-TBA为原料合成异氰酸酯封端的活性单体(HEMA-TDI-TBA),最后用HEMA-TDI-TBA上的异氰酸酯与第二代端羟基超支化聚合物进行反应改性,得到带双键的溴碳改性超支化树脂(HEMA-TDI-TBA-HEMA)。合成PM-TDI-TBA-HEMA的最佳条件为80℃下反应4.5小时。利用红外光谱(IR)、 TGA和极限氧指数(LOI)等方法对PM-TDI-TBA-HEMA结构与性能进行了表征和分析。研究表明,改性单体比例不同的PM-TDI-TBA-HEMA均在490℃下基本分解,均具有很好阻燃性,极限氧指数值最大为32。不同改性比例的PM-TDI-TBA-HEMA固化成膜后涂膜均具有较好的性能,以HDDA为活性稀释剂,稀释固化后涂膜的综合性能最好。


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