【摘要】：雙組份聚氨酯涂料因其具有優(yōu)良的機械性能如涂膜硬度高、附著力強和良好的耐化學(xué)品性和耐候性等,被廣泛應(yīng)用于汽車涂裝、膠黏劑和塑料等領(lǐng)域。由于隨著各國環(huán)保法規(guī)的健全和人類對環(huán)保意識的增強,水性雙組份聚氨酯涂料(2K-WPU)成為涂料技術(shù)發(fā)展的主要方向。2K-WPU主要由水性羥基多元醇和親水改性異氰酸酯固化劑組成,其中高羥值聚丙烯酸樹脂普遍存在穩(wěn)定性差、對固化劑乳化能力差、羥基分布不均勻和交聯(lián)密度不夠等缺點。為了進一步提升2K-WPU漆膜的交聯(lián)度和耐水性等,常常使用有機硅單體對羥丙樹脂進行改性,但普通有機硅氧烷穩(wěn)定性不高,容易在聚合反應(yīng)中進行水解縮合反應(yīng),影響了乳液聚合穩(wěn)定性,且成膜過程中容易出現(xiàn)漆膜性能分布不均勻,限制了其應(yīng)用。本文設(shè)計合成了核殼型高羥值聚丙烯酸乳液和新型八乙烯基倍半硅氧烷改性的羥基丙烯酸樹脂(OvPOSS/HPAE),然后將其與親水改性多異氰酸酯固化劑混合,制備了水性雙組份聚氨酯涂料,并對2K-WPU漆膜的性能進行了表征和分析。采用核殼乳液聚合工藝,通過將反應(yīng)型乳化劑和陰離子乳化劑進行復(fù)配,合成了核殼型高羥值聚丙烯酸乳液(羥值為128.7mg KOH/g),探究了粒子類型、核殼質(zhì)量比、羥基單體類型和分布以及玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)對羥基丙烯酸乳液聚合穩(wěn)定性和粒徑的影響。研究發(fā)現(xiàn):對于高羥值的羥基聚丙烯酸乳液,“硬核軟殼”型的羥丙乳液外觀良好,平均粒徑小,分布窄;殼層中羥基含量越大,平均粒徑減小,當(dāng)核殼比例為1/1時乳膠粒子具有明顯的兩個Tg,而核殼比為2/1,羥基單體占殼層比例58%時乳液聚合反應(yīng)失敗;由親水性極強的丙烯酸羥乙酯(HEA)制備的高羥值丙烯酸乳液粘度高,水相成核幾率大,粒徑大,分布寬,丙烯酸羥丙酯(HPA)得到的羥丙乳液粒徑小,為107nm,分布窄。通過乙烯基三乙氧基硅烷(A151)水解縮合反應(yīng)合成了八乙烯基倍半硅氧烷(OvPOSS),利用紅外光譜(FTIR)、X射線衍射(XRD)和氫譜(~1H NMR)、硅譜(~(29)Si NMR)等表征手段確定了產(chǎn)物結(jié)構(gòu),采用種子乳液聚合,以HPA為羥基單體,合成了新型八乙烯基倍半硅氧烷改性的羥基聚丙烯酸樹脂(OvPOSS/HPAE)。FTIR和XRD結(jié)果表明OvPOSS與羥丙樹脂發(fā)生化學(xué)共聚,OvPOSS可以均勻分布在共聚物主鏈上,OvPOSS/HPAE外觀和穩(wěn)定性良好;引入的OvPOSS量越多,OvPOSS/HPAE粒徑越小,OvPOSS的引入能限制共聚物中分子鏈段的運動,大大提升了羥丙樹脂的Tg和熱力學(xué)穩(wěn)定性,當(dāng)OvPOSS添加量為1.0wt%時,粒子粒徑為88nm,Tg升高至21.6℃。分別將核殼型高羥值聚丙烯酸乳液和OvPOSS/HPAE按照-NCO/-OH摩爾比為1.5/1與親水改性多異氰酸酯固化劑配制2K-WPU,測試漆膜的相容性、硬度和耐水性等性能,探究了上述因素對2K-WPU性能的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn):與“軟核硬殼”型羥丙相比,“硬核軟殼”型羥基丙烯酸乳液對水性固化劑乳化能力更好,有良好相容性,得到的漆膜平整光滑無氣泡,硬度高;羥基單體分布在殼層含量越多,越有利于-OH基團和-NCO基團之間的交聯(lián)反應(yīng),得到的漆膜更加致密,當(dāng)核殼質(zhì)量比為1/1時,漆膜的硬度為0.86,吸水率為4.0%,2K-WPU漆膜性能最佳;由伯羥基單體HPA制備的2K-WPU干燥時間短,早期硬度建立快,擺桿硬度為0.79;Tg升高能提升漆膜的硬度;OvPOSS/HPAE的2K-WPU漆膜相容性良好,OvPOSS能均勻分布在漆膜中沒有出現(xiàn)相分離現(xiàn)象,OvPOSS大大提升了2K-WPU漆膜的硬度、耐水性和交聯(lián)度等性能。
【圖文】：

第一章 緒論現(xiàn)的，，其中一種為含有羧基基團的聚合物（P1），另一種聚合物（P2，可以通過控制羧基和羥基的分布和濃度來控制乳液粒徑，通過新型 2K-WPU 有更高的光澤度和擺桿硬度，同時降低了乳化劑的用量，提穩(wěn)定性、耐溶劑與耐水性等。Wang[22]等通過兩步加酸（丙烯酸 AA）種具有高穩(wěn)定性的水性丙烯酸多元醇，提高了與交聯(lián)劑的相容性。阿另辟蹊徑，在乳化過程中采用磺酸基團替代羧酸基團制備了一種新型，并且指出樹脂設(shè)計、攪拌過程、起泡現(xiàn)象、催化劑和活化期這些因性能產(chǎn)品的應(yīng)用開發(fā)中，最終結(jié)果表明：直接由磺酸鹽穩(wěn)定的多元醇酯反應(yīng)，但可以通過控制催化劑的用量來提高反應(yīng)選擇性。

圖 1-2 籠形 POSS 的結(jié)構(gòu)圖Fig. 1-2 The structure of cage-like POSS.2 POSS 在涂料領(lǐng)域的應(yīng)用研究進展具有反應(yīng)性的 POSS 衍生物可以通過化學(xué)接枝、共聚或物理共混的方式加入到系中，近年來，有關(guān)于 POSS 單體改性的共聚物研究頻頻報道[51]，根據(jù)共聚
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TQ630.43

【參考文獻】

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本文編號：2632269