绿色紫外光固化衣康酸改性水性聚氨酯涂料的制备与性能研究

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由于人们日益关注世界原油储量的枯竭和挥发性有机化合物(VOCs)的排放,可再生水性聚氨酯(WPU)取代化石原料中的传统溶剂型聚氨酯(PU)受到了广泛关注。但WPU以水为介质且其线性分子链中存在亲水性基团,所以存在固化效率慢、机械强度较差和热软化等缺陷。为了克服这些缺陷,利用被研究者们所青睐的最具吸引力的方法之一的交联改性技术,引入可再生生物质资源—衣康酸(IA)和柠檬酸(CA),合成低粘度和高反应活性的交联剂,制备一系列高强度、耐溶剂性良好和疏水的紫外光固化WPU涂层。研究结果以期为紫外光固化WPU涂层的改性提供理论依据和技术支持。本论文的主要研究工作和研究结果如下:1.以来源丰富的生物材料IA和丙烯酸羟乙酯(HEA)为原料,合成自制的活性单体(IHA)作为交联剂,用来取代原有的石油基丙烯酸酯类交联剂。通过改变IHA在WPU的质量比(0%~10%)来研究其对WPU涂料的性能影响。实验结果表明:当IHA交联剂的引入量为7.5%时,改性后的WPU(WPU-IHA)涂料的强度达到最高值21.9 MPa。同时,WPU-IHA涂层的凝胶含量和疏水角分别提高了25.6%和34.8°,这与IHA的引入提高了体系结构复杂度有关。2.将IA、CA与HEA反应合成的交联剂以1:1的比例加入到WPU中,增加WPU中生物质的含量,探究两种交联剂对WPU涂料的性能影响。数据表明:两种生物质交联剂的引入,使得WPU薄膜的乳液粒径增加,最高达到99.9 nm,但整体仍呈现纳米级别,分散性良好。复合膜的拉伸强度达到19.6 MPa,断裂伸长率有明显提高(1823.55%),表现出良好的柔韧性。在常温下浸泡乙醇、丙酮和甲苯等溶剂未有明显变化,说明了IA和CA的引入可以显著提高WPU薄膜的柔韧性和耐溶剂性。3.为了提高涂层的憎水性,将含氟多元醇(Fluorolink-E10H)引入到IHA交联剂含量为7.5的WPU-IHA涂料中对其进行改性,通过对所制备的涂料进行结构表征以及性能(尤其是疏水性)测试,结果表明:通过将氟元素引入到改性后的WPU-IHA-7.5乳液中,乳液稳定性以及成膜形貌良好,当氟含量为10%时,制备的薄膜热分解温度提高了近10℃,抗拉伸强度为16.5 MPa,断裂伸长率达到540.8%,虽然机械性能有一定降低,但变化不大,并且薄膜的疏水性能得到大幅度提高,接触角达到125.7°,表现出良好的疏水性。
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