【摘要】：聚脲(PUA)是近年來順應(yīng)環(huán)保要求而開發(fā)的一種新型無溶劑、無污染的綠色環(huán)保高分子材料,由異氰酸酯(A)組分與氨基化合物(R)組分反應(yīng)制得。A、R組分接觸時反應(yīng)活性極高,導(dǎo)致混合液體極速變黏,聚脲涂層固化迅速,必須使用專業(yè)的噴涂設(shè)備,而在某些施工場合,由于受到空間或環(huán)境的限制(如狹窄的隧洞防滲等)造成了噴涂設(shè)備的使用不便。同時涂層固化速度過快也導(dǎo)致聚脲與基材之間的潤濕時間不足,造成涂層的開裂或脫落問題。因此調(diào)節(jié)聚脲固化速度的課題受到了國內(nèi)外越來越多研究者的普遍關(guān)注。潛固化劑是一種利用封閉劑將氨基封閉起來,在特定條件下又能夠解封的潛伏性固化劑。目前,國內(nèi)外將潛固化劑運用到聚脲中與仲胺化合物共同調(diào)節(jié)聚脲反應(yīng)速度的研究較少,并且潛固化劑與異氰酸酯組分的固化反應(yīng)動力學還鮮有報道。本課題利用酮或醛封閉氨基制備潛固化劑,并對固化反應(yīng)動力學進行討論,為慢反應(yīng)聚脲的反應(yīng)機理研究提供學術(shù)參考;最后潛固化劑與未封端的仲胺化合物共同作為R組分,考察潛固化劑含量對反應(yīng)速度、涂層性能的影響,并取得以下結(jié)論:1)本論文以異丁醛為封閉劑封閉N-乙基乙醇胺、N-苯基乙醇胺;以甲基異丁基酮為封閉劑分別封閉乙二胺(EDA)、4,4'-二氨基二環(huán)己基甲烷(PACM)和端氨基聚醚(D2000),制備了兩種VA唑烷類潛固化劑與三種酮亞胺類潛固化劑,并考察影響胺轉(zhuǎn)化率的因素,得到轉(zhuǎn)化率較高的合成條件。2)利用差示掃描量熱法(DSC)依次研究了VA唑烷類與酮亞胺類潛固化劑固化聚脲的反應(yīng)動力學,經(jīng)計算得到:VA唑烷類的固化反應(yīng)活化能為95.763 kJ·mol~(-1),指前因子為3.4×10~111 s~(-1),反應(yīng)級數(shù)1.08,建立了反應(yīng)動力學方程為dα/dt=3.4×10~(11)exp(-11.52/T)(1-α)~(1.08);酮亞胺類的固化反應(yīng)活化能為57.68 kJ·mol~(-1),指前因子為2.6×10~6 s~(-1),反應(yīng)級數(shù)為0.90,固化反應(yīng)動力學方程為dα/dt=2.6×10~6exp(-6.94/T)(1-α)~(0.90);由上述可知:兩體系反應(yīng)級數(shù)均接近1,可將其視為表觀一級反應(yīng),對潛固化劑固化機理進行推斷并證實得到,在一定溫度下潛固化劑的解封閉反應(yīng)為固化過程的控制步驟,且解封閉反應(yīng)速率主要與LCA濃度相關(guān)。3)VA唑烷固化聚脲涂層性能測試結(jié)果顯示:2-異丙基-3-苯基-1,3-VA唑烷(LCA-2)占R組分含量為80%,仲胺擴鏈劑含量20%時,室溫凝膠時間為10 h,滿足室溫下刷涂或普通設(shè)備噴涂的施工時間要求,且涂層附著力1級、柔韌性1 mm、耐沖擊50kg·cm、硬度0.78,耐硫酸、耐堿性能保持良好。4)酮亞胺固化聚脲涂層性能測試結(jié)果顯示:與未封端的氨基相比,酮亞胺制備聚脲的反應(yīng)速度明顯減慢、凝膠時間延長,固化溫度也影響著反應(yīng)的凝膠時間,涂層的綜合性能與解封后的胺類物質(zhì)分子結(jié)構(gòu)有關(guān)。使用同種類的潛固化劑固化樹脂,當R組分中酮亞胺的質(zhì)量百分比增加時,漆膜的凝膠時間逐漸增長,與基材之間的潤濕時間充足附著力也有所改善,同時酮亞胺分解后產(chǎn)生的惰性物質(zhì)殘留在涂層中起到了內(nèi)增塑的作用,降低了涂層硬度和拉伸強度。篩選不同種類、不同含量的酮亞胺所制備的聚脲涂層中PUA8、PUA13、PUA15的綜合性能表現(xiàn)較優(yōu)(見表1)。綜上所述,VA唑烷、酮亞胺固化聚脲材料的反應(yīng)速度可控可調(diào),在保留涂層優(yōu)異性能的基礎(chǔ)上既滿足了手工刷涂所需要的較長時間,又滿足了在工業(yè)化生產(chǎn)線上高溫快速固化的施工要求,使聚脲的應(yīng)用不再局限于專業(yè)的噴涂設(shè)備,并為潛固化劑在聚脲領(lǐng)域的應(yīng)用提供數(shù)據(jù)支持。
【學位授予單位】：河北科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TQ630.7

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本文編號：2779596