水性聚氨酯的制备方法及应用毕业论文

水性聚氨酯的制备方法及应用

毕业论文

目录

摘要··········································································I Abstract·····································································I I

第一章绪论 (1)

1.1 概述 (1)

1.2 国外概况 (1)

1.3 水性聚氨酯的分类 (2)

1.4 水性聚氨酯的制备方法 (2)

1.4.1 外乳化法 (2)

1.4.2 自乳化法 (2)

1.4.2.1 丙酮法 (3)

1.4.2.2 预聚体分散法 (3)

1.4.2.3 熔体分散缩合法 (3)

1.4.2.4 酮亚胺—酮连氮法 (3)

1.4.2.5 封端-NCO基团法 (4)

1.5 水性聚氨酯的改性 (4)

1.5.1 物理共混 (4)

1.5.2 化学接枝共聚 (4)

1.5.2.1 环氧树脂改性 (5)

1.5.2.2 丙烯酸酯（PA）改性 (5)

1.5.2.3 聚硅氧烷改性 (6)

1.5.2.4 蓖麻油改性 (6)

1.5.2.5 其他改性方法 (7)

1.6 制备环氧树脂—丙烯酸酯改性水性聚氨酯乳液的物料 (7)

1.6.1 多异氰酸酯 (7)

1.6.2 多元醇 (7)

1.6.3 催化剂 (7)

1.6.4 亲水性扩链剂 (7)

1.6.5 交联剂 (8)

1.6.6 成盐剂 (8)

1.6.7 扩链剂 (8)

1.6.8 溶剂 (8)

1.6.9 水 (8)

1.6.10 改性剂 (9)

1.6.10.1 环氧树脂 (9)

1.6.10.2 乙烯基单体 (9)

1.6.11 引发剂 (9)

1.7 水性聚氨酯涂料的应用 (9)

1.8 本课题的研究意义 (10)

第二章实验部分 (11)

2.1 实验原料 (11)

2.2 实验设备、仪器及其他材料 (12)

2.3 实验装置图 (14)

2.4 环氧树脂—丙烯酸酯改性水性聚氨酯乳液的制备 (14)

2.5 反应原理 (14)

2.5.1 水性聚氨酯的合成原理 (14)

2.5.2 环氧树脂改性原理 (16)

2.5.3 丙烯酸酯改性原理 (16)

2.5.3.1 链引发 (16)

2.5.3.2 链增长 (16)

2.5.3.3 链终止 (16)

2.5.3.4 链转移 (17)

2.6 分析测试 (17)

2.6.1 异氰酸根基团的测定 (17)

2.6.1.1 2 mol/L 二正丁胺溶液的配制 (17)

2.6.1.2 0.5 mol/L 盐酸标准溶液的配制 (17)

2.6.1.3 测定步骤 (17)

2.6.1.4 测定原理 (17)

2.6.1.5 计算公式 (17)

2.6.2 酸值的测定 (18)

2.6.2.1 测定试剂的配制 (18)

2.6.2.2 测定步骤 (18)

2.6.2.3 计算公式 (18)

2.6.3 丙烯酸酯类单体转化率的测定 (18)

2.6.3.1 测定步骤 (18)

2.6.3.2 计算公式 (19)

2.7 产品性能测试 (19)

2.7.1 粘度的测定 (19)

2.7.2 固含量的测定 (19)

2.7.2.1 测试方法 (19)

2.7.2.2 计算公式 (19)

2.7.3 乳液离心稳定性测试 (20)

2.7.4 涂膜的制备 (20)

2.7.5 涂膜硬度的测定 (20)

2.7.6 涂膜吸水率的测定 (20)

2.7.6.1 测定步骤 (20)

2.7.6.2 计算公式 (20)

第三章实验结果与讨论 (21)

3.1 预聚反应温度的确定 (21)

3.2 中和度的确定及中和温度的确定 (21)

3.3 不同的-NCO/-OH摩尔比值对聚氨酯性能的影响 (22)

3.4 乳化过程中粘度变化讨论 (23)

3.5 DMPA的加入方式及其加入量对聚氨酯性能的影响 (23)

3.5.1 DMPA的加入方式的讨论 (23)

3.5.2 DMPA的加入量对聚氨酯性能的影响 (23)

3.6 TMP含量对聚氨酯性能的影响 (24)

3.7 环氧树脂加入量对聚氨酯性能的影响 (25)

3.8 TMPME含量对聚氨酯性能的影响 (26)

3.9 丙烯酸酯类单体含量对聚氨酯性能的影响 (26)

结论 (28)

致谢 (29)

参考文献 (30)

附录1 美国专利翻译 (31)

附录2 美国专利 (33)

第一章绪论

1.1 概述

聚氨基甲酸酯(Polyurethane)简称聚氨酯(PU)，是分子链中含有氨酯基(-NHCOO-)的多功能高分子合成材料。聚氨酯是一种含软段和硬段的嵌段共聚物，由于两种链段的热力学不相容性，形成了聚氨酯独特的微相分离结构，这种化学结构决定了它具有耐低温、耐磨、耐脆化、拉伸强度高、韧性、弹性好等优点[1-2]。

水性聚氨酯（WPU）涂料具有良好的物理机械性能和优良的耐寒性。但是，由于单一PU 乳液存在自增稠性差，固含量低，涂膜的耐水性差，光泽性较差，且成本较高等缺陷，因而利用环氧树脂出色的粘接能力、高模量、高强度、优良的附着力、低收缩率和耐水、耐化学性好等优点以及丙烯酸树脂较好的耐水性、保色性、物理机械性能和耐候性能且成本低廉的特点，通过接枝共聚方式将这两种树脂引入水性聚氨酯链段中，制备环氧树脂—丙烯酸树脂改性水性聚氨酯的复合乳液，使乳液兼有环氧树脂、丙烯酸树脂和聚氨酯的优良特性，且乳液成本较低，具有较好的应用前景。

1.2 国外概况

1937年，德国化学科学家发现了异氰酸酯与活泼氢化合物的聚合反应，从而建立了聚氨酯化学的基础[3]。1943年，原西德的P.Schlack就在乳化剂和保护体的存在下，将二异氰酸酯在剧烈搅拌下乳化于水并添加二胺，成功地研制出了水性聚氨酯。在20世纪50年代有少量水性聚氨酯的研究，如1953年Dupont公司的研究人员将端异氰酸酯基团聚氨酯预聚体的甲苯溶液分散于水，用二元胺扩链，合成了聚氨酯乳液。1967年，水性聚氨酯首次出现于美国市场，70～80年代，美、德、日等国的一些水性聚氨酯产品已从试制阶段发展为生产和应用，有多种牌号的水性聚氨酯产品供应。

早期的聚氨酯乳液采用外加乳化剂、强制乳化而成，但因存在乳化剂用量大、反应时间长以及乳化液颗粒较粗而导致的贮存稳定性差、涂层物理机械性能不好等缺点。60年代初期，Dieterich等开发了自乳化法，该法制得的乳液颗粒较细且分布均匀，具有较好的贮存稳定性，涂层的物理机械性能也较好，目前使用的水性PU多采用此法合成。

我国水性聚氨酯的研制工作始于20世纪70年代，首先由皮革所于1976年开始研制，进入80年代以后，PU乳液的研制更加活跃，许多单位相继开展了研制工作，如：省化工研究所、化工研究所、化工研究所、油漆厂、望江化工厂等单位及随后化工部涂料工业研究所、大学、理工大学等先后开始研究开发单组分聚氨酯水性分散体，主要用作皮革涂料饰剂。现已有大量产品被开发。目前，已有不少领域应用水性聚氨酯产品，其中部分高档产品依赖进口，价格高，这是由于与国外水性聚氨酯系列化、大工业化的水平相比，我国仍处于开发阶段，仍存在着产量小、品种单一、应用研究不够深入等问题。所以水性聚氨酯的开发目前是国最热门的开发领域之一[4]。

1.3 水性聚氨酯的分类