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聚氨酯涂料由于具有可设计性高、漆膜性能优异等特点,广泛应用众多领域,为了保护生态环境和满足日益严格的环保要求,许多水性聚氨酯涂料产品逐渐被推出并占据主要市场。将光固化技术与水性聚氨酯相结合,可以赋予其“5E”优点,而且高度交联结构可以进一步改善漆膜性能。然而前期的水性光固化聚氨酯合成中,丙烯酸双键更多存在于分子链两端,随着聚氨酯分子量提升,双键含量过低,固化漆膜交联度受限且不均匀,为了解决这一问题,本文将侧基丙烯酸双键通过六亚甲基二异氰酸酯三聚体改性引入到聚氨酯主链中,调控水性光固化聚氨酯的丙烯酸双键在侧基和末端的分布,并研究其对固化行为和性能的影响进而引入脲基对合成的水性光固化聚氨酯进行改性,提高链间的物理交联能力,研究脲基含量对固化漆膜性能的影响。最后,针对紫外光固化因穿透能力、产品形状等条件造成的固化深度有限、固化不完全等诸多问题,在水性光固化聚氨酯中引入硅氧烷结构制备光/潮气双重固化水性聚氨酯,研究双重固化行为以及硅氧烷的引入对漆膜性能的影响。具体内容方案如下:本文用HDI三聚体（HT-100）、丙烯酸羟乙酯或季戊四醇三丙烯酸酯为原料合成带有丙烯酸双键和异氰酸酯端基的预聚体,二正丁胺法监测反应进程,进而按顺序加入异佛尔酮二异氰酸酯、二羟甲基丁酸和聚酯二元醇进行扩链,最后封端合成了不同侧基丙烯酸双键的水性光固化聚氨酯,对其结构进行表征。研究了HT-100含量、官能度等对分散体粒径和稳定性的影响,中和度提升可以改善分散体的稳定性,适宜的中和度为120%,侧基丙烯酸双键含量和官能度的提升轻微降低分散体的稳定性,但在60℃都可以稳定存放13天以上。研究了侧基双键的引入对光固化行为的影响,随着侧基双键的引入,官能度由2逐渐提升到9,固化初期双键的转化率提升明显加快,最终双键转化率则从91.01%逐渐降低到82.22%,这是漆膜交联密度的快速提升限制了丙烯酸双键的运动所致。对比研究了侧基双键的引入对固化漆膜性能的影响,随着侧基双键的引入,漆膜的凝胶含量快速提升,从40.09%提升到5官的73.66%,再进一步提升到9官的85.76%,这表明侧基双键的引入提升了漆膜的交联密度,这也提升了漆膜的物理性能和耐介质性能。与HEA相比,以PETA为羟端基丙烯酸酯单体合成的水性光固化聚氨酯树脂具有更高的官能度,更高的初始双键反应速度和较低的最终双键转化率,凝胶含量也从40.09%提升到85.76%,漆膜吸水率从19.7%降低到5.3%。采用γ-氨丙基三乙氧基硅烷和HT-100反应,进而扩链、季戊四醇三丙烯酸酯封端、分散制备不同KH550含量的紫外光/潮气双重固化水性聚氨酯分散体。研究了KH550含量对分散体稳定性的影响,KH550含量提高会降低分散体的稳定性,但当KH550含量不超过2.54 wt.%时,分散体在60℃可以稳定存放12天以上。研究硅氧烷的引入对双重固化行为、漆膜凝胶含量的影响,随着硅氧烷的引入,光固化行为没有受到显著影响,在30m W/cm~2光强下,40s后丙烯酸双键转化率达到82.22%以上,玻璃化温度达到63.6℃,漆膜的凝胶含量达到78.7%,光固化漆膜进而在80℃下潮气固化8h,漆膜的玻璃化温度升高,凝胶含量进一步提升。随着偶联剂含量的提升,漆膜的玻璃化温度和凝胶含量逐渐升高。KH550含量从0wt.%提升到5.20wt.%,玻璃化温度从86.1℃提升到94.7℃,凝胶含量从85.76%提升到91.21%,这反映了漆膜发生了明显的光固化和潮气固化。最后研究了硅氧烷的引入对固化漆膜性能的影响,经潮气固化后,漆膜的硬度从2H提升到3H,漆膜的水接触角提升,吸水率显著下降,耐介质性能提升。当KH550质量分数为2.54 wt.%时,漆膜铅笔硬度达到3H,柔韧性为0.5mm,附着力为0级,耐酸碱、乙醇、水煮性能良好。在侧基丙烯酸双键的水性光固化聚氨酯合成过程中,通过将主链中的聚酯二元醇替换成聚醚胺扩链,分散制备不同脲基含量的光固化水性聚氨酯分散体,对其结构表征。研究了脲基的引入对分散体稳定性的影响,聚醚胺分子量降低会降低分散体的稳定性,但当聚醚胺分子量超过1000时,分散体在60℃下可以稳定存放14天以上。研究了脲基的引入对光固化行为、链段间氢键化作用的影响,随着脲基的引入,脲基含量从0%提高到100%,固化初期双键转化率有小幅提高,最终双键转化率则从82.22%逐渐提高到89.02%,这是因为醚键相较酯基易旋转,链段柔顺性好,丙烯酸双键碰撞概率高。最后研究了脲基含量对固化漆膜中氢键和性能的影响,随着脲基含量从0%提高到100%,氢键化指数明显增大,从43.22%提升到76.06%,其氢键化作用显著提升,耐磨性能从218次提高到1480次,耐冲击性能从49kg*cm提高到80kg*cm,这反映链间物理交联能力增强,提升了漆膜的耐磨和耐冲击性能。当脲基含量为75%时,耐水煮、耐酸碱均可通过国标测试,同时具有优异的耐磨和耐冲击性能,分别为1100次和75kg*cm。