【摘要】：水性聚氨酯樹(shù)脂是《中國(guó)制造2025》列出的重要發(fā)展領(lǐng)域,是水基涂料和水基粘合劑重要的成膜物。水基聚氨酯樹(shù)脂固化過(guò)程中,聚合物分子間實(shí)現(xiàn)化學(xué)交聯(lián)是提高水基聚氨酯樹(shù)脂性能的重要途徑,在多種固化交聯(lián)的方式中,光固化是一種常用的高效固化交聯(lián)方式之一。通過(guò)光固化的方式,水性聚氨酯樹(shù)脂在固化時(shí)能夠克服單組份水性聚氨酯樹(shù)脂因分子量低而表現(xiàn)出的力學(xué)性能較低、耐水性和耐化學(xué)溶劑性較差的缺點(diǎn)。因此,光固化水性聚氨酯樹(shù)脂表現(xiàn)出較好的研究?jī)r(jià)值和應(yīng)用前景。本論文首先合成出自然光固化水性聚氨酯樹(shù)脂,研究了聚氨酯樹(shù)脂的主鏈結(jié)構(gòu)對(duì)膜性能的影響,進(jìn)而采用自制的高剝離有機(jī)蒙脫土對(duì)上述水性聚氨酯樹(shù)脂進(jìn)行結(jié)構(gòu)和性能的改性,最后開(kāi)展了碳納米管共價(jià)接枝型水基聚氨酯雜化樹(shù)脂的合成與性能的研究工作。經(jīng)過(guò)無(wú)機(jī)納米粒子雜化改性后,水基聚氨酯樹(shù)脂的綜合性能得到了改善,表現(xiàn)出較好的納米效應(yīng)。第一部分研究了系列光固化水性聚氨酯樹(shù)脂的合成與性能。主要研究了親水劑DMPA含量對(duì)乳液外觀和粒徑的影響,隨著DMPA含量的增加,聚氨酯乳液的粒徑逐漸減小,乳液外觀表現(xiàn)出白色、乳白色、半透明及透明的變化規(guī)律。研究了水性聚氨酯不飽和封端劑PETA和HEMA相對(duì)含量對(duì)聚氨酯膜的耐堿性、凝膠率、硬度和力學(xué)性能的影響。結(jié)果表明:多官能度雙鍵封端劑的存在,樹(shù)脂在自然光固化過(guò)程中更易形成交聯(lián)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的聚氨酯漆膜,漆膜的綜合性能得到改善。當(dāng)PETA和HEMA的摩爾比為4:6時(shí),聚氨酯膜的各項(xiàng)性能指標(biāo)均達(dá)到最佳。當(dāng)復(fù)合型光引發(fā)劑添加量為2 wt%時(shí),樹(shù)脂表現(xiàn)出最快的光固化速率。第二部分研究了有機(jī)蒙脫土對(duì)水性聚氨酯樹(shù)脂的復(fù)合改性。采用自制的BDO、HEMA和PETA封端的陽(yáng)離子聚氨酯樹(shù)脂分別對(duì)Na~+-MMT進(jìn)行陽(yáng)離子交換插層改性制備出B-OMMT、H-OMMT和P-OMMT三種改性蒙脫土,采用XRD和接觸角測(cè)定儀分別對(duì)上述三種改性蒙脫土的插層效果進(jìn)行分析測(cè)試。XRD的測(cè)試結(jié)果表明:B-OMMT層間距由改性前的1.23 nm擴(kuò)大到1.53 nm,改性效果一般。H-OMMT和P-OMMT的001面衍射峰觀察不到,鈉基蒙脫土的改性效果優(yōu)異,層狀硅酸鹽片層例子近乎被完全剝離開(kāi)來(lái)。用于制備H-OMMT的聚氨酯軟段為疏水性較好的丁二烯分子鏈(HTPB),H-OMMT表現(xiàn)出最好的親油性,接觸角最大,改善了H-OMMT與聚氨酯基體的相容性。探究了不同含量的H-OMMT對(duì)陰離子型水性聚氨酯性能影響,結(jié)果表明當(dāng)H-OMMT的添加量為1 wt%時(shí),H-OMMT在聚氨酯基體中具有較好的分散性,復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度由19.8 MPa增加到22.3 MPa,提高幅度為12.6%;漆膜在5 wt%的堿溶液中浸泡24 h,吸水率由10.3%減少到5.2%,耐堿性得到顯著提高。第三部分研究了MWCNTs對(duì)水性聚氨酯涂料的復(fù)合改性。論文利用甲苯二異氰酸酯TDI的異氰酸根基團(tuán)和碳納米管表面的羥基發(fā)生加成反應(yīng)的特性,完成了異氰酸酯對(duì)碳納米管表面的共價(jià)改性,制備出NCO@MWCNTs,FTIR和TG對(duì)NCO@MWCNTs的結(jié)構(gòu)和熱穩(wěn)定的分析結(jié)果證實(shí)了上述改性反應(yīng)的合理性。NCO@MWCNTs含量對(duì)水性聚氨酯樹(shù)脂成膜性能的影響表明:當(dāng)NCO@MWCNTs添加量為0.3 wt%時(shí),NCO@MWCNTs在聚氨酯中分散性最好,聚氨酯復(fù)合材料拉伸強(qiáng)度由21.8 MPa增加到29.4 MPa,提高幅度為34.9%;相較于H-OMMT對(duì)聚氨酯膜增強(qiáng)的幅度12.6%,改性的MWCNTs表現(xiàn)出更為優(yōu)異的改性效果。漆膜在5 wt%堿溶液中浸泡24 h,吸水率由8.7%減少到4.1%,耐堿性也得到顯著提高。NCO@MWCNTs雜化的聚氨酯膜較H-OMMT表現(xiàn)出更好的耐堿性。
【圖文】：

軟段由多元醇的部分組成，軟段和硬段的種類和性能[9]�；鶊F(tuán)與基團(tuán)之間的內(nèi)聚能、氫鍵、結(jié)聚氨酯性能的基本因素�；鶊F(tuán)是高分子聚合物的質(zhì)對(duì)聚氨酯性能影響各異，水性聚氨酯涂料中除氧環(huán)、脂鏈和芳環(huán)等多種基團(tuán)，芳環(huán)具有很大的聚氨酯鏈段中的 NH 既能和硬段中的 NH 鍵形成極性部分形成氫鍵，影響整體聚氨酯的交聯(lián)結(jié)構(gòu)氨酯性能的途徑，適當(dāng)?shù)慕宦?lián)能夠增加材料的硬除了這些基本因素外聚氨酯性能在一定程度上還。軟段的極性大小決定著是否會(huì)和 NH 形成氫鍵酯膜分子間相互作用力增強(qiáng)。硬段結(jié)構(gòu)影響聚氨酯中含有剛性芳環(huán)鏈段構(gòu)象不易改變，芳環(huán)異氰量多少對(duì)聚氨酯的硬度有很大的影響。結(jié)構(gòu)決定結(jié)構(gòu)對(duì)性能有根本性的影響，硬段和硬段之間能在一起形成軟段區(qū)，軟、硬段之間不相容會(huì)出現(xiàn)

納米粒子雜化自然光固化水性聚氨酯的制備與性能生成端異氰酸酯的聚氨酯預(yù)聚體時(shí)，由于體系粘度大容易出現(xiàn)凝固和爬桿現(xiàn)象，使用有機(jī)溶劑丙酮進(jìn)行降粘，并且在成膜過(guò)程中丙酮沸點(diǎn)低易除去。再向體系中加入親水性的離子基團(tuán)(陰離子或者陽(yáng)離子)，，最后將其在水溶液中分散形成聚氨酯分散液，蒸餾除去丙酮溶劑。合成過(guò)程如圖 1-2。
【學(xué)位授予單位】：青島科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TQ317

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2659491