论文部分内容阅读
与溶剂型产品相比，水性聚氨酯(WPU)和水性聚丙烯酸酯(WPA)具有溶剂含量低，生产成本小等优点，被广泛应用于涂料、印染助剂、弹性体、胶粘剂等领域。将WPU乳液与WPA乳液复合，制得的水性聚氨酯-聚丙烯酸酯(WPUA)复合乳液，兼有WPU乳液和WPA乳液的优良特性，具有良好的应用前景。紫外光固化水性聚（氨酯-丙烯酸酯）(WPUA)涂料具有无毒性、无污染、无刺激性、固化速度快和生产安全等特点，是目前较为活跃的研究和开发领域，已成为紫外光固化体系的主要发展方向之一;另一方面，由于纳米粒子的小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应等特殊性质，将纳米无机粒子引入到紫外光固化涂料中，可完美结合纳米复合与紫外光固化技术的优点，大大推动紫外光固化涂料的发展与应用。本论文在水性聚氨酯改性方面，主要做了以下几部分的工作:
（一）BA与St共改性水性聚氨酯的制备及性能研究本论文以不同摩尔质量的聚醚多元醇(NJ-210、NJ-220和NJ-330)、二羟甲基丙酸(DMPA)和异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)为单体，制备水性聚氨酯(WPU)预聚体。然后用甲基丙烯酸羟乙酯(HEMA)进行封端，制备水性聚（氨酯-丙烯酸酯）(WPUA)预聚体。用不同比例的丙烯酸丁酯(BA)与苯乙烯(St)对其进行改性，制备了一系列的WPUA水分散液。研究了WPU和改性WPUA水分散液及涂膜的相关性能。采用红外光谱仪(FT-IR)、紫外光谱仪(UV-Vis)和差示扫描量热仪(DSC)等测试装置对材料的结构、透光率和热学性能等进行了表征和测试。结果表明:与WPU相比，WPUA涂膜的玻璃化转变温度和热性能均得到了改善;当BA∶St=3∶7时，制得的WPUA-2-3和WPUA-3-3材料具有理想的机械性能和耐水性。
（二）BA与不同官能度单体共改性水性聚氨酯的制备及性能研究选用N J-210为单体，同法制备WPUA预聚体。分别以丙烯酸正丁酯(BA)和不同官能度的单体苯乙烯(St)、三缩丙二醇双丙烯酸酯(TPGDA)和三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(TMPTA)单体，同法对WPUA进行改性，制备了一系列改性的WPUA材料，并对WPU和改性WPUA水分散液及涂膜的性能进行了系统研究。结果表明:与WPU材料相比较，WPUA的储存稳定性良好，机械性能得到很大提高;当BA∶St=BA∶TMPTA=3∶7时，WPUA膜的耐水性最佳;当BA∶St=BA∶TMPTA=7∶3时，WPUA膜的力学性能最佳。
（三）紫外光固化WPUA体系的制备及性能研究将同法制备好的水性WPUA预聚体、活性稀释剂(BA-TPGDA)和光引发剂(1173)组成紫外光固化WPUA体系，考察了光引发剂(1173)、活性稀释剂中两单体的比例(BA/TPGDA)和光固化时间等因素对材料性能的影响。结果表明:当活性稀释剂中BA∶TPGDA=5∶5时，紫外光固化膜具有较好的耐溶剂性;当光引发剂(1173)含量为4.0％时，材料的凝胶率最大且表干时间最短。
（四）紫外光固化WPUA/SiO2杂化体系的制备及性能研究采用sol-gel技术，制备WPUA/SiO2杂化材料预聚体。将水性WPUA/SiO2预聚体、活性稀释剂(BA-TPGDA)和光引发剂(1173)组成紫外光固化WPUA/SiO2体系。采用FT-IR、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和X射线衍射(XRD)等性能测试装置对材料的结构、表面形貌等进行了表征和测试。结果表明:WPUA/SiO2杂化材料中纳米SiO2颗粒具有良好的分散性和相容性;杂化材料膜的机械性能、耐水性和热学性能均优于纯WPUA材料，且当TEOS含量为0.5％时，杂化材料具有最佳的耐水性能。
（五）紫外光固化WPUA/SiO2/TiO2混合杂化体系的制备及性能研究本文还尝试了多元复合改性WPUA材料。以二氧化硅和二氧化钛混合溶胶为改性原料，采用溶胶-凝胶技术，制备WPUA/SiO2/TiO2复合杂化预聚体。同法由预聚体、活性稀释剂(BA-TPGDA)和光引发剂(1173)制备紫外光固化WPUA/SiO2/TiO2体系，并对材料的结构、表面形貌和热性能等方面进行了表征和测试。结果表明:二氧化硅和二氧化钛混合溶胶的加入对涂膜起到增强增韧的效果，且耐水性增强;当SiO2∶TiO2=5∶5时，纳米复合粒子呈核壳结构，且材料的综合性能最佳。通过调节二氧化硅与二氧化钛的比例，达到改变材料的机械性能、耐水性能和热性能等。这些参数的可调控性，在UV光固化涂料、胶粘剂的实际应用中具有重要意义。