(强烈推荐)水性聚氨酯硕士毕业论文设计.docx

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摘要

聚氨酯（PU）材料具有优异的综合性能，但溶剂型体系的高VOC（挥发性有机化合物）含量不符合世界各国对环保的日益重视和环保法规的日益严格苛刻的要求。

水性聚氨酯应运而生，并得到迅猛发展，正逐步取代高污染（高VOC）的溶剂型聚氨酯产品。

水性PU以水为分散介质，它不仅具有溶剂型聚氨酯的耐低温、柔韧性好、粘接强度大的优良性能，而且具有不燃、气味小、不污染环境等溶剂型聚氨酯所不具备的优点，因此倍受国内外研究人员的重视。

但水性

PU的耐水性、耐溶剂性、耐化学性等性能均不及溶剂型。

PU乳液在稳定性、自增稠性、固含量、应用范围、膜保光性等方面也有一些不足的地方，机械强度不及丙烯酸树脂，且成本较高。

聚丙烯酸酯（ PA）乳液具有较好的耐水性、物理机械性能和耐候性能，存在热粘冷脆、不耐溶剂、韧性、耐磨性、耐候性较差等缺点。

根据PU和PA两种聚合物各自的性能，将两者科学地杂合，可以弥补单一聚氨酯水分散体自增稠性差、含固量低，乳胶膜的耐水性差，光泽性较差和单一丙烯酸水分散体热粘冷脆，柔韧性差，不耐溶剂的缺点，其制品兼有高硬度和高柔韧性，抗湿应力良好，耐水解和耐候性得到大幅度提高。

本论文以聚四氢呋喃（PTMEG），异佛尔酮二异氰酸酯（IPDI）,二羟甲基丙酸（DMPA）亲水扩链剂，扩链剂乙二胺，中和剂三乙胺，甲基丙烯酸甲酯，丙烯酸丁酯等为主要原料，采用预聚体分散法以不同配方合成了一系列的水性PUA分散体，并对其性能和产品的应用进行了研究。

本实验不用乳化剂（乳化剂残留对合成乳液的涂膜性能产生不利影响），成功合成水性PUA分散体。

简要过程为：

首先在丙烯酸单体存在下

制备由－NCO封端的高分子预聚体,并使用少量HPA封端。

预聚体残留NCO-达到理论终点后，用三乙胺中和，使预聚体离子化。

离子化的预聚体在强剪切力作用下分散于水后，迅速加入扩链剂乙二胺的水溶液，在水中扩链，待稳定后升温自由基反应，使丙烯酸酯单体聚合，使整个体系分子量进一步提高。

通过均匀实验和一系列单因素平行实验对水性聚氨酯分散体合成工艺进行了考察，研究了异氰酸酯指数R（NCOOH）、PA和PU的比例、预聚体的二羟甲基丙酸（DMPA）的用量、扩链剂乙二胺（EDA）用量、体系的固体成份含量、中和度、预聚体反应时间、预聚体反应温度等因素与乳液储存稳定性、乳液的粘度等水性聚氨酯分散体的性质之间的关系。

利用现代分析检测手段诸如红外、DSC手段对不同体系的产品分别进行了表征，对比显示了各自体系的结构特征和性能之间的关系。

同时探讨了制备工艺条件的控制及影响性能的各种因素，得到了一些有益的结论。

关键词 聚氨酯，聚丙烯酸酯，水性，杂合体

ABSTRACT

Although the polyurethane（PU） material is of many excellentmultipurposeproperties,solvent-bornePUwillnotbeinaccordwithdevelopingtrendsofpolyurethaneforits totherigidenvironmentallawforprotection,pollutionlawsarebecomingstricter.Thewater-bornePUdevelopedquicklyintherecentyears.Asaresult,thepolyurethaneresinindustry recentyearsbyusinglow-pollutingaqueouspolyurethaneresinsinsteadof watermedia，which，aswellasoutstandingtoughnesscombinedwithgoodflexibility，butalsoadvantagesofincombustibility,lowodorandenvironmentalfriendlinessthatsolvent-borneadhesive itwas paidbyresearchers notcomparewithsolvent-borne PU.PUdispersion etc.Itsmechanicalpropertieswasnotgoodaspolyacrylate.Andcostwasverylarge.Polyacrylate improvesolidcontent,water-resistance, luster of polyurethane and flexibility, solvent-resistance,resistanceof thispaper,aaqueouspolyurethane-acrylatedispersionweresynthesized by prepolymer-dispersion-methodwith polytetramethylenegolycol（PTMEG）, isophorone diisocyanate（IPDI）, -extender ofdimethyolpropionicacid（DMPA）,neutralizingtheprepolymerwithatertiaryamine（TEA）toionizethe-extenderofethylenediamine（EDA）,methylmethacrylateandbutylacrylateetc.anditspropertieswerestudiedcarefully.

Inthispaper,thereisnoemusifiertouse,andaqueouspolyurethane-acrylatedispersionswassynthesizedsuccessfully.Hereisthesimpleprocess:

PolyolsarereactedwithIPDItogetNCO-terminatedprepolymeratexistenceof acrylatemonomers,andthenprepolymeristerminatedwithlittleamountofHPA.AfterthevalueofNCO- water.Whereinthe

prepolymerwasdispersedinwater.Addingchain-extenderofethylenediamine.Whenthedispersionwasstabilized,raisethetemperaturetoinitiatethefreeradicalreactionofacrylate.Thepolymerraisethemolecularweightrespectively.

Thesynthesistechnicswasresearchedwithuniformmethodandaseriesofsingle-factor-experimenttests.Thefactorswereconsidered,suchasisocyanateindex,theweightratioofpolyacrylatetopolyurethane,thedosageofDMPA,HPAandextenderagent,theextentofneutralization,reactiontimeandtemperatureandthesequenceinwhichthestuffwasadded.Therelationshipbetweenthefactorsaboveandthesample’spropertiessuchasstabilityandviscositywasresearched.

FT-IR,,DSC,Particlesize,andetc,characterizedthechemicalstructureandpropertiesofaqueouspolyurethane-acrylatedispersion.Furthermore,thesyntheticmethodsandpropertiesofaqueouspolyurethanedispersionwerediscussedindetail.

KEYWORDS polyurethane,polyacrylate,aqueous,Li等也对PUA互穿网络杂化乳液的结构与性能进行了综合研究[7]。

这种方法的优点是不用有机溶剂，工艺简单，操作方便，是制备PUA杂合乳液的较常用方法。

1.2.2.1.种子乳液聚合法

种子乳液聚合法是由丙酮法发展而来。

通常是先在有机溶剂中，由异氰酸酯、聚多元醇、醇扩链剂和亲水性物质等进行加成反应，中和成盐后制得亲水的 PU预聚物，再在剧烈搅拌下将PU预聚物分散于水中，胺扩链，真空脱溶剂后制得PU分散体，最后以PU分散体为种子，加入乙烯基单体和引发剂，必要时加入少量乳化剂，自由基乳液聚合制得PUA分散体产品[8]。

此方法是将丙烯酸酯单体在制好的聚氨酯乳液中聚合成较稳定的复混树脂乳液。

因为PU水分散体为憎水链相对集中、亲水性离子基团分布在微胶粒表面的一种高稳定性、高分散性的胶体体系，使得PU大分子始终朝向粒子表面，而丙烯酸酯单体向胶粒内溶胀，在PU胶粒内部聚合，从而形成PU为壳、PA为核的核壳结构。

由于此结构上的特殊性，已成为国内近年来的热点[9]。

但在其水乳液中，除少部分PU胶粒上交联结合有PA分子链外，大部分仍以单纯PU和PA形式存在，丙烯酸分子和聚氨酯分子之间依然没有较强的直接化学键合的作用力，而是通过聚氨酯对丙烯酸分子的包覆作用及羧基产生的电荷稳定及氢键和分子间库仑力作用，达到体系热力学稳定。

这种复混状态的树脂在成膜后，由于其结构形态所限，其综合性能尚不能充分发挥出PU树脂和PA树脂的各自特点。

而且由于在单个乳胶粒中，聚氨酯对于丙烯酸分子的稳定作用纯粹是立体稳定，因此在丙烯酸组分相对含量较高时，聚氨酯将不能完全包覆丙烯酸组分，体系中将含有游离的丙烯酸组分，在涂膜中表现为极小的微粒，导致胶膜光泽降低。

如果丙烯酸含量进一步增大，涂膜表现为不透明混浊状。

如外加乳化剂又会降低杂合水分散体胶膜的耐水性。

为了弥补上述不足，常将这种核壳型杂合体制成交联结构。

其中可分为壳体交联与核壳之间交联两类。

壳体交联是聚氨酯壳体的自交联，杂合体的核壳交联是通过在核与壳上分别引入不同官能团的单体完成不同类型的核壳交联。

例如，在聚氨酯壳结构中引入丙烯酸羟乙酯或丙烯酸羟丙酯，可以在核的丙烯酸酯自由基引发聚合时发生核壳间共聚交联[10]，羟基单体可能发生自聚，需要加入抑制剂如对苯二酚等。

或在壳体结构中引入肼基，可与成核单体的二丙酮丙烯酰胺（DAAM）的酮基反应，发生核壳间的另一种交联结构[11]。

其反应的基本原理与物理