【博士】可UV固化水性聚氨酯分散體的合成及改性研究

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　　【博士】可UV固化水性聚氨酯分散體的合成及改性研究　　授予學(xué)位：博士　　學(xué)位授予單位：中國科技技術(shù)大學(xué)　　學(xué)位年度：2007　　紫外光(ultraviolate，uv)匿I化水性聚氨酯分散體由于具有uv固化技術(shù)的“5E”特征即高效、節(jié)能、環(huán)保、經(jīng)濟、萬能性和水性技術(shù)的低粘度、低甚至零VOC含量等優(yōu)點而得到迅速發(fā)展。然而目前UV固化水性聚氨酯分散體主要采用主鏈封端方式或是軟段方式引入可Uv固化丙烯酸雙鍵所引入的雙鍵量有限且不能兼顧高的雙鍵含量和高的分子量，聚氨酯中硬段含量也較低，限制了它的應(yīng)用。本論文采用直接酯化法設(shè)計合成-種含有丙烯酸雙鍵的二元醇單體即季戊四醇二丙烯酸酯(PEDA)，并以此單體為擴鏈劑在聚氨酯的側(cè)基和鏈端同時引入可UV固化的丙烯酸雙鍵，合成了能兼顧高的雙鍵含量和高的樹脂分子量的町uV固化水性聚氨酯分散體，同時并不降低聚氨酯中硬段的含量且雙鍵含量可調(diào)，對合成過程中的動力學(xué)機理及雙鍵含量對樹脂性能的影響進行研究。　　然而采用PEDA制備的可UV固化水性聚氨酯分散體，當(dāng)雙鍵含量較高時則體系交鏈密度大，利化學(xué)品性能優(yōu)異，但是柔韌性較差，不適用于柔軟性基材，因此本論文采用有機硅氧烷對其進行改性，研究了硅氧烷含量和PEDA含量對改性后材料性能的影響，對水分子在改性后材料表面的擴散機理進行探討。對于uV固化水性聚氨酯分散體而言，由于紫外光的穿透深度有限，當(dāng)應(yīng)用于三維零部件或是較厚涂層時常存在陰影區(qū)域或底層不固化或是固化不完全的缺陷，且當(dāng)雙鍵含量較高時，uV固化后體積收縮嚴(yán)重，影響了對基材的附著力，因此本論文采用丁酮肟(DAM)年I 3，5-二甲基吡唑(DMPM)作為封閉劑對基于PEDA的可uV固化水性聚氨酯分散體進行封閉改性，對該體系的三重固化機理進行研究，采用原位升溫紅外光譜研究加熱-解封閉機理，確定最低解封閉溫度，對改性前材料的性能進行對比研究?！　? 1．采用直接酯化法合成含有丙烯酸雙鍵的二元醇單體即PEDA，采用傅立葉變換紅外光譜(FTIR)和核磁共振氫譜(H1NMR)對PEDA的結(jié)構(gòu)進行表征鑒定。同時研究了催化劑的種類和量、溶劑、阻聚劑和反應(yīng)物配比對產(chǎn)物結(jié)構(gòu)和產(chǎn)率的影響?！　? 2．采用合成出的PEDA為擴鏈劑在聚氨酯的側(cè)基和鏈端同時引入可uv固化的丙烯酸雙鍵，合成了uv固化水性聚氨酯分散體，對合成中各個階段的反應(yīng)動力學(xué)進行研究。通過控制PEDA／HEA比例得到不廚雙鍵含量和不周分子量的可uV固化水性聚氨酯樹脂，研究了雙鍵含量對樹脂的UV光固化過程、動態(tài)機械性能(DMTA)和耐熱性能(TGA)的影響。　　 3．采用二端羥丁基聚二甲基硅氧烷(PDMS)對Uv固化水性聚氨酯進行改性，將PDMS引入聚氨酯的軟段中，制得了-系列不同PDMS含量和不同PEDA含量的樹脂，采用FTIR對其進行結(jié)構(gòu)表征。研究了PDMS含量對改性后樹脂雙鍵轉(zhuǎn)化率的影響。采用接觸角測量法和涂膜浸泡法研究PDMS改性后材料的表面性能和耐水性能，對水分子在固化膜表面的擴散機理進行探討，對材料的最大吸水率，材料的表面能和水分子的擴散系數(shù)三者間的關(guān)系進行數(shù)學(xué)擬合，得出相應(yīng)的方程。同時研究了PDMS含量對改性后聚氨酯材料力學(xué)性能、柔韌性和耐化學(xué)品件能的影昀。　　 4．采用DMPM和DAM作為封閉削對uv固化水性聚氨酯樹脂進行封閉改性研究，采用甲苯二異氰酸酯(TDI)和異佛爾酮二異氰酸酯(IPDI)帶d得四個不同組成的uV固化水性封閉型聚氨酯樹脂，F(xiàn)TIR對其結(jié)構(gòu)進行表征，并對其三重固化機理進行探討。對Uv光固化過程的動力學(xué)過程進行跟蹤研究，采用原位升溫紅釙光譜技術(shù)昶熱失重分析跟蹤研究解封閉-熱固化過程，確定了最低解封溫度，對解封閉反應(yīng)機理進行了研究。同時還對熱固化前后材料的耐熱性能與應(yīng)用性能進行對比研究?！　? 綜上所述，采用本論文設(shè)計合成的PEDA為擴鏈劑制備的可uv固化水性聚氨酯分散體不僅可兼顧高的雙鍵含量和高的樹脂分子量，同時并不降低聚氨酯中硬段的含量，而且雙鍵含量可通過控制PEDA／HEA比例進行調(diào)節(jié)，所得uV固化聚氨酯材料的性能明顯優(yōu)于采用主鏈封端方式或是軟段方式所得聚氨酯性能。經(jīng)有機硅氧烷改性后的uV固化水性聚氨酯材料與改性前相比能兼顧優(yōu)異的力學(xué)性能，耐化學(xué)品性能和低溫柔順性。封閉改性后的uv固化水性聚氨酯分散體其三重固化機理包括空氣干燥固化、uv固化和熱固化，且封閉改性后UV固化聚氨酯材料的性能與改性前相比有明顯的提高?！　?

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