發(fā)布時(shí)間：2017-10-08 23:34

  本文關(guān)鍵詞：軟段含磺酸鹽的水性聚氨酯—聚丙烯酸酯乳液的制備、結(jié)構(gòu)及性能研究

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【摘要】：石油資源的逐漸匱乏和環(huán)境污染迫使人們將目光由溶劑型聚氨酯轉(zhuǎn)向水性聚氨酯,由于水性聚氨酯具有環(huán)保性、柔韌性、耐磨性好等優(yōu)點(diǎn),被廣泛應(yīng)用在涂料、包裝印刷、膠粘劑、皮革、造紙等方面。根據(jù)煙盒軟包裝行業(yè)的市場需求,要求水性聚氨酯無毒,應(yīng)用于包裝類揮發(fā)性有機(jī)溶劑(VOC)含量完全符合并低于煙草包裝最新國家標(biāo)準(zhǔn),無疑似苯峰值等。而水性聚氨酯是一種軟硬段嵌段聚合物,水性聚氨酯耐熱性、柔韌性、耐磨性等優(yōu)異的性能都是來自于軟硬段之間相互的作用力。本文采用含磺酸基的聚酯二元醇(SPD205)作為軟段,異佛爾酮二異氰酸酯(IPDI)、親水?dāng)U鏈劑乙二胺基磺酸鈉(A95)、小分子擴(kuò)鏈劑1,4-丁二醇(BDO)、封端劑丙烯酸羥乙酯(HEA)作為硬段,制備了一種固含量較高、儲存穩(wěn)定性好的軟段含磺酸鹽的水性聚氨酯(SWPU),以其作為種子乳液,并用丙烯酸丁酯(BA)和甲基丙烯酸甲酯(MMA)混合單體共聚來改性SWPU,提高其乳液和膠膜的綜合性能,得到了性能十分優(yōu)異的磺酸型水性聚氨酯-聚丙烯酸酯(SWPUA)。在SWPU乳液的制備過程中加入可聚合的丙烯酸單體充當(dāng)溶劑,克服了聚氨酯預(yù)聚時(shí)粘度過大的問題,因此制備過程無需添加任何有機(jī)溶劑,成功合成了具有核殼結(jié)構(gòu)的磺酸型水性聚氨酯-丙烯酸酯(SWPUA),乳化程度能夠方便控制,乳液固含量高達(dá)54%并且儲存穩(wěn)定,產(chǎn)品屬于無VOC環(huán)保型的水性高分子材料,特別是不含中和劑三乙胺,可用于煙包用PET膜以及高光鍍鋁金銀卡紙印刷。本論文研究了不同配比下制備的SWPUA乳液及膠膜的制備及性能影響,并確定了制備SWPUA乳液的最佳配比。本文的主要研究內(nèi)容如下：(1)通過傅立葉變換紅外光譜(FTIR)表征了聚氨酯的分子結(jié)構(gòu),結(jié)果表明成功制備了SWPUA,利用透射電鏡(TEM)表明SWPUA乳膠粒為核殼結(jié)構(gòu),并且膠粒分布均勻,平均粒徑不超過100 nm,掃描電鏡(SEM)照片表明制備的SWPU膠膜表面平整,并且聚丙烯酸酯(PA)的引入使膠膜表面更加光滑平整；接觸角測試結(jié)果則表明PA的引入能夠增大膠膜的耐水性。熱失重分析(TG)表征了所制備的SWPU膠膜的硬段的分解溫度為326℃C,而軟段的分解溫度為405℃,隨著PA含量的增大同時(shí)膠膜的耐熱性朝著高溫方向移動(dòng)。(2)通過研究R值對SWPU乳液及膠膜性能的影響,表明當(dāng)SPD205含量為40%,改變軟硬段的比例膠膜可以獲得不同的力學(xué)性能,隨著R值的增大,SWPU膠膜的斷裂伸長率降低,膠膜的拉伸強(qiáng)度增大,并且當(dāng)R值為1.4時(shí),乳液的冷凍穩(wěn)定性和儲存穩(wěn)定性優(yōu)異,可以儲存12個(gè)月以上。(3)通過研究SPD205的含量對SWPU乳液及膠膜的影響,表明當(dāng)SPD205含量為40%時(shí),乳液性能較佳,外觀良好,粒徑最小為36.8 nm,隨著PA的引入乳液的平均粒徑逐漸增大,并且研究了不同PA含量對SWPUA乳液及膠膜性能的影響。隨著PA含量的增大,SWPUA膠膜的拉伸強(qiáng)度從5.658MPa逐漸增大到11.425 MPa,而斷裂伸長率從375%減小至242%；當(dāng)PA含量為30%時(shí),膠膜的吸水率最低,此時(shí)SWPUA乳液最穩(wěn)定。(4)研究了改變引發(fā)劑KPS的含量對反應(yīng)的影響,結(jié)果表明,當(dāng)KPS含量占MMA和BA總量的1.5%時(shí),單體轉(zhuǎn)化率最高,此時(shí)SWPUA乳液最穩(wěn)定。用這種SWPUA所配制的水性色漆性能優(yōu)異,能夠用于煙盒包裝。
【關(guān)鍵詞】：高固含量 磺酸鹽 水性聚氨酯 聚丙烯酸酯 無胺
【學(xué)位授予單位】：陜西科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TQ317;O648.23
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-12
• 1 緒論12-22
• 1.1 磺酸型水性聚氨酯的國內(nèi)外研究進(jìn)展12-13
• 1.2 改性磺酸型水性聚氨酯的研究進(jìn)展13-14
• 1.2.1 環(huán)氧樹脂改性13
• 1.2.2 有機(jī)硅改性13
• 1.2.3 納米復(fù)合改性13
• 1.2.4 聚丙烯酸酯改性13-14
• 1.3 磺酸型水性聚氨酯的組成及性能影響14-16
• 1.3.1 硬段含磺酸鹽的水性聚氨酯15
• 1.3.2 軟段含磺酸鹽的水性聚氨酯15-16
• 1.3.3 軟硬段都含磺酸鹽的水性聚氨酯16
• 1.4 水性聚氨酯的制備方法16-18
• 1.4.1 外乳化法16-17
• 1.4.2 自乳化法17-18
• 1.4.2.1 溶液法17-18
• 1.4.2.2 預(yù)聚體分散法18
• 1.5 水性聚氨酯的應(yīng)用及研究展望18-20
• 1.5.1 水性聚氨酯的應(yīng)用18-20
• 1.5.2 水性聚氨酯的研究展望20
• 1.6 本課題的研究意義和創(chuàng)新點(diǎn)20-22
• 2 磺酸型水性聚氨酯乳液及膠膜的制備及表征22-36
• 2.1 引言22
• 2.2 試驗(yàn)原料及儀器22-23
• 2.2.1 本實(shí)驗(yàn)用于制備SWPU的儀器及測試設(shè)備22-23
• 2.2.2 本實(shí)驗(yàn)用于制備SWPU原料及規(guī)格23
• 2.3 SWPU的合成23-24
• 2.3.1 SWPU乳液的制備方法23
• 2.3.2 SWPU膠膜的制備23
• 2.3.3 SWPU的合成路線23-24
• 2.4 性能測試及表征24-26
• 2.4.1 乳液固含量的測定24-25
• 2.4.2 乳液外觀的測試25
• 2.4.3 SEM測試25
• 2.4.4 乳液穩(wěn)定性測定25
• 2.4.5 乳液粒徑測定25
• 2.4.6 膠膜結(jié)晶性測試25
• 2.4.7 膠膜耐水性測定25
• 2.4.8 膠膜力學(xué)性能測定25
• 2.4.9 膠膜表面形貌測定(AFM)25-26
• 2.4.10 紅外譜圖(FT-IR)26
• 2.4.11 熱重分析(TG)26
• 2.5 結(jié)果與討論26-34
• 2.5.1 磺酸型水性聚氨酯(SWPU)的表征26-29
• 2.5.1.1 紅外光譜的表征26-27
• 2.5.1.2 X射線衍射表征27-28
• 2.5.1.3 SWPU膠膜熱穩(wěn)定性的表征28
• 2.5.1.4 SWPU膠膜的SEM形貌表征28-29
• 2.5.2 聚酯二元醇SPD205含量對SWPU乳液影響29-33
• 2.5.2.0 SPD205含量對SWPU乳液及膠膜外觀的影響29-30
• 2.5.2.1 不同SPD205含量對SWPU乳液粒徑影響30
• 2.5.2.2 不同SPD205含量對SWPU膠膜吸水性的分析30-31
• 2.5.2.3 不同SPD205含量的SWPU膠膜AFM的分析31-33
• 2.5.3 R值對SWPU乳液及膠膜的影響33-34
• 2.5.3.1 R值對SWPU膠膜力學(xué)性能的影響33-34
• 2.5.3.2 R值對SWPU膠膜穩(wěn)定性的影響34
• 2.6 本章小結(jié)34-36
• 3 聚丙烯酸酯改性磺酸型水性聚氨酯的制備及表征36-49
• 3.1 引言36
• 3.2 試驗(yàn)原料及儀器36-37
• 3.2.1 本實(shí)驗(yàn)用于制備SWPUA的儀器及測試設(shè)備36
• 3.2.2 本實(shí)驗(yàn)用于制備SWPUA的原料及規(guī)格36-37
• 3.3 SWPUA的合成37-39
• 3.3.1 SWPUA乳液的制備方法37
• 3.3.2 SWPUA膠膜的制備37-38
• 3.3.3 SWPUA的合成路線38-39
• 3.4 性能測試及表征39-40
• 3.4.1 乳液固含量的測定39
• 3.4.2 乳液外觀的測試39
• 3.4.3 乳液單體轉(zhuǎn)化率的測定39
• 3.4.4 乳液穩(wěn)定性測定39
• 3.4.5 乳液粒徑測定39
• 3.4.6 膠膜耐水性測定39-40
• 3.4.7 膠膜力學(xué)性能測定40
• 3.4.8 膠膜表面形貌測定(AFM)40
• 3.4.9 紅外譜圖(FT-IR)40
• 3.4.10 透射電鏡(TEM)40
• 3.4.11 熱重分析(TG)40
• 3.4.12 SEM測試40
• 3.5 結(jié)果與討論40-47
• 3.5.1 SWPUA膠膜的紅外光譜表征40-41
• 3.5.2 SWPUA膠膜的透射電鏡表征41-42
• 3.5.3 SWPUA膠膜的接觸角表征42-43
• 3.5.4 SWPUA膠膜的表面形貌AFM表征43-44
• 3.5.5 不同PA含量的SWPUA膠膜熱性能表征44
• 3.5.6 不同PA含量對SWPUA乳液粒徑的影響44-45
• 3.5.7 不同PA含量對SWPUA乳液力學(xué)性能的影響45-46
• 3.5.8 不同PA含量對SWPUA乳液及膠膜性能的影響46-47
• 3.5.9 不同KPS的加入條件對SWPUA乳液外觀的影響47
• 3.6 本章小結(jié)47-49
• 4 SWPUA在煙盒外包裝色漆的應(yīng)用49-53
• 4.1 引言49
• 4.2 實(shí)驗(yàn)部分49-50
• 4.2.1 本實(shí)驗(yàn)用于制備煙盒外包裝色漆的儀器及測試設(shè)備49
• 4.2.2 本實(shí)驗(yàn)用于煙盒外包裝色漆的原料及規(guī)格49-50
• 4.3 煙盒外包裝色漆的配制50
• 4.4 煙盒外包裝色漆在PET膜、萬順紙、鋁箔上的應(yīng)用50
• 4.5 性能測試及表征50
• 4.5.1 附著力的檢測50
• 4.5.2 光澤度測試50
• 4.5.3 SEM測試50
• 4.6 結(jié)果與討論50-52
• 4.6.1 SWPUA配制的色漆在PET膜、萬順紙、鋁箔上的應(yīng)用50-51
• 4.6.2 SWPUA配制的色漆的測試結(jié)果51-52
• 4.6.3 SWPUA配制的色漆的SEM分析52
• 4.7 本章小結(jié)52-53
• 5 結(jié)論及展望53-55
• 5.1 結(jié)論53-54
• 5.2 創(chuàng)新點(diǎn)54
• 5.3 下一步工作設(shè)想54-55
• 致謝55-57
• 參考文獻(xiàn)57-63
• 攻讀碩士期間發(fā)表的論文63-64

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本文編號：996930