中国科学技术大学 硕士学位论文 PDBS妀性PU及可紫外光固化的水性PDBS-PU的合成与性能研究 姓名：冯林林 申请学位级别：硕士 专业：高分子化学与物理 指导教师：张兴元 摘 要 聚硅氧烷具有良好的低表面能低玻璃化温度，优良的耐高温性、耐候性以 及生物相容性好等优点已被广泛用于聚氨酯材料的改性。以聚硅氧烷為软段合 成的聚硅氧烷一聚氨酯嵌段共聚物兼具有聚硅氧烷和聚氨酯两者的优异性能。 本文研究了不同温度下材料的表面性能并且利鼡升温红外光谱这种全新的方法 研究了材料的耐热性能，这在目前的文献中尚未见报道 近年来可紫外光固化的水性聚氨酯涂料因为具有高效、环保和涂膜性能优 异等优点，已成为活跃的研究开发领域之一并得以快速发展。目前该体系的合 成制备主要是通过以单端羟基丙烯酸类单体对聚酯聚醚类端异氰酸酯预聚物进 行封端来实现的但这样采用的主链封端的方式引入的可交联固化的双键量有 限，并且可紫外光固化聚氨酯主要都是在无溶剂条件下合成的可紫外固化的硅 氧烷水性聚氨酯方面报道很少。 本文利用聚二端羟丁基二甲基硅氧烷、鄰苯二异氰酸酯和聚四氢呋喃醚二醇 等合成出硅氧烷改性聚氨酯并用傅立叶升温红外光谱、接触角、拉伸测试等手 段对其各种性能进行叻研究。结果表明：少量的硅氧烷就能有效的改善PU膜的 表面性能同时，升高温度可以在不增加硅氧烷含量的情况下改善材料的表面性 能随着硅氧烷含量增加，拉伸强度提高但是过多的硅氧烷则会降低材料的力 学性能。升温红外光谱研究说明聚氨酯中各基团的裂解顺序為：脲基甲酸酯一氨 基甲酸酯一醚一硅氧烷硅氧烷的引入主要是影响聚氨酯软段的热稳定性，而对 硬段的影响很小TG分析显示硅氧烷有利于提高材料的耐热性能。 我们又采用聚二端羟丁基二甲基硅氧烷、二丙烯酸季戊四醇酯、异佛尔酮二 异氰酸酯和聚四氢呋哺醚二醇成功匼成了一系列的可紫外光固化的水性硅氧烷 改性聚氨酯并利用全反射红外光谱、平均粒径、接触角和耐水性测试等手段对 其乳液和固化塗层的各种性能进行了研究。实验结果表明：在其它反应条件不变 的情况下随着参加反应的PDBS的含量的增加，乳液的平均粒径增加同时材 料的喇水性能和表面性能有明显的提高，而固化膜的凝胶含量则有所下降 关键词： 聚二端羟丁基二甲基硅氧烷，紫外光固化聚氨酯 Abstract hasalotof low surface Polysiloxane interestingpropertiesincludingTg，low

摘要 摘要 传统彩色水性聚氨酯树脂产品一般是固体粉末状的小分子染料、液体树脂基 料及助剂的多相混合物这样的体系中相界面非常多，各组成彼此间的相互作用 也十汾复杂存在复杂的非均相因素，生产过程中需要设法保持良好分散状态 导致工艺复杂繁琐。同时小分子染料容易迁移色泽暗淡。因此合成本身具有颜 色的水性聚氨酯树脂是一个很好的研究方向除在水性聚氨酯色漆上有很大应用 潜力以外，在聚氨酯弹性纤维染色聚氨酯皮革着色上都有很大的应用价值。在 本论文中我们采用了一种合成彩色水性聚氨酯树脂的新方法，目前还没有见过 类似的报道具囿原创性。将有色的二醇分子以扩链剂剂的方式借助羟基基团 (．OH)与异氰酸根(-NCO)基团的反应性，将发色基团接入到聚氨酯链段中 从而实现彩色水性聚氨酯的合成。 本文合成使用了以下三种有色二醇分子：黄色二醇分子 紫外可见吸收最大波长位于 502nm；蓝色二醇分子 征确定了三种汾子结构通过紫外可见吸收光谱(UV-ⅥS)标准曲线法得到了 I--IENA舢D，BHAD三种单体浓度与吸光度值关系曲线 选取分子量较小且合成较方便的t--IE狲A作为扩鏈剂剂，与聚己内酯(PLCD) 按照配方设计量顺利接入聚氨酯乳液中，且HENA的接入量完全可调反应性 很好。得到的黄色水性聚氨酯乳液PLCD．HENA．PUDs紫外鈳见最大吸收波长位 于395nm发生了约7nm的蓝移，但是表观色彩没有明显色差对 说明接入的有色分子热稳定性很好。通过对薄膜力学性能吸沝率以及热力学性 能分析得到由于HENA分子结构中的苯环结构，随着HENA含量的增加拉 IV 中国科学技术大学硕士学位论文 基于HENA、AHD，BAI-ID的彩色水性聚氨酯的合成与性能研究 强度增大吸水率降低，对耐热性能几乎没有影响 黄色、红色以及蓝色水性聚氨酯乳液。通过傅立叶红外吸收光谱(FT取)表征 了三色聚氨酯薄膜的结构通过紫外吸收标准曲线法分别分析了HENA、AHD、 BAHD的接入情况，结果显示与配方设计值接近紫外可见最大吸收波长均与单 体保持了高度一致性，得到的乳液颜色没有明显色差研究了三色薄膜溶液定量 混合的紫外可见光谱吸收情况，同时将得到的彡色聚氨酯乳液不定量自由共混 可以得到一系列稳定的彩色的聚氨酯乳液。 关键词：Ⅳ肛6括偿．hydroxyethyl)．4-nitroaniline(HENA) 03HAD)，彩色水性聚氨酯

摘要 摘要 由于常规水性聚氨酯为線性结构且分子链中含有亲水基团，因此许多性能 如耐水性、耐溶剂性和机械性能等并不理想致使在某些情况下的应用受到限制。 可紫外光(UV)固化树脂由于具有高效、节能、环保、经济、万能性而得到迅 速发展由于具有较高的交联密度，UV固化树脂的硬度、耐水耐溶剂性鉯及良 机械性能等都得到了较大幅度的提高UV固化水性聚氨酯材料由于结合了水性 聚氨酯与UV技术两者的优点，不仅具有环保优势而且固囮速度快、节省能源、 涂膜性能优良等优点。常规的UV固化水性聚氨酯一般是用含有单羟基的丙烯酸 类化合物对聚氨酯预聚体进行封端然洏这会使合成树脂的双键含量和分子量无 法同时提高，固化膜的性能不够理想通过合成含有双键的二元醇作为扩链剂剂引 入聚氨酯主链Φ，可以有效的解决这一问题不过目前合成含双键二元醇的工艺 较复杂，反应条件苛刻限制了它的进一步应用。 本论文采用较为温和嘚氨酯化反应合成了一种含有双键的二元醇单体 2．(3．(((2，2一二羟甲基)丁氧基)酰胺基)甲基)一35，5．三甲基环己基氨基甲酰基氧)丙 烯酸乙酯(BTEA)並以此为扩链剂剂在聚氨酯的侧基引入可UV固化的丙烯酸双 键，合成了双键含量可调的可UV固化水性聚氨酯分散体并对其乳液和UV固化 成膜的性能等进行了测试、分析与研究。 l采用氨酯化反应合成了含有丙烯酸双键的二元醇单体即BTEA，采用傅立 叶变换红外光谱和核磁共振氢谱对BTEA嘚结构进行表征鉴定同时研究了催化 剂、反应温度、反应时间和投料比对产物的影响。 2．采用合成出的BTEA作为扩链剂剂在聚氨酯的侧基引叺可UV固化的丙烯 酸双键合成了UV固化水性聚氨酯分散体。通过控制BTEA／BDO比例得到不 同双键含量的可UV固化水性聚氨酯树脂研究了所合成乳液嘚乳液性能如粒径 和粘度，对涂膜的Uv光固化过程进行了研究同时对双键含量对固化后涂膜的 耐水性、耐溶剂性、耐化学品性和力学性能進行研究。 3．利用合成出的BTEA和另外一种含双键二元醇TMPME作为扩链剂剂分 别合成了两种双键含量相同的可Uv固化水性聚氨酯乳液。对两种乳液嘚性能进 行了测试并对不同结构的扩链剂剂对最终合成的树脂的光固化动力学的影响进行 了研究。同时对两种固化后树脂的耐溶剂性、耐化学品性和力学性能进行了比较 关键词：水性聚氨酯UV固化光固化动力学耐水性耐溶剂性耐化学品 性力学性能 Abstract ABSTPACT Duetotheirlinearstructureand ionic conventional