紫外光固化水性含氟纯丙类聚氨酯丙烯酸酯合成及性能的研究

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1、学校代码：10406分类号：TQ633学号：090080501007南昌航空大学硕士学位论文（学位研究生）紫外光固化水性含氟纯丙类聚氨酯丙烯酸酯的合成及性能研究硕士研究生：李京导师：梁红波副教授申请学位级别：硕士学科、专业：材料物理与化学所在单位：材料科学与工程学院答辩日期：2012年5月授予学位单位：南昌航空大学PreparationandpropertiesofUV-curingwaterbornefluorinatedpureacrylicpolyurethaneacrylateADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterOnMaterial

2、sPhysicsandChemistrybyLiJingUndertheSupervisionofProf.LiangHongboSchoolofMaterialScienceandEnginneeringNanchangHangkongUniversity,Nanchang,ChinaMay,2012摘要可紫外光固化的水性聚氨酯丙烯酸酯因其具有高效、环保和漆膜性能优异等优点，是目前较为活跃的研究和开发领域，含氟聚氨酯涂料拥有较低的表面能，赋予涂层良好的耐水耐油性能而被广泛应用于多个领域。本论文设计制备了侧链具有羟基、羧基和不同结构氟端基的无规共聚丙烯酸酯，对其进一步改性制备了水性光固化

3、含氟纯丙类聚氨酯丙烯酸酯。对树脂结构、乳化工艺、乳液性能和漆膜性能进行了研究。进而对氟端基在漆膜形成过程中迁移和表面富集行为进行了研究，并结合漆膜表面能变化讨论了氟端基的结构和含量对漆膜耐水性能的影响，主要结论如下：采用甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸和丙烯酸羟乙酯按不同比例溶液聚合制备了侧链带有羟基和羧基的无规共聚丙烯酸酯，进一步采用异佛尔酮二异氰酸酯和丙烯酸羟乙酯改性制备光固化纯丙类聚氨酯丙烯酸酯。采用傅里叶红外1光谱（FTIR）、核磁共振氢谱（HNMR）和差示扫描量热（DSC）对产物进行了表征。对改性制备聚氨酯过程中异氰酸酯基团转化率进行了监测，确定了适宜的反应条件。并对固化漆膜

4、的物理性能进行测试。结果表明：实验合成了目标产物；合成过程稳定，PA与PU中间体最适宜的反应温度为45℃；固化膜拥有较好的物理性能。将所制备的水性纯丙类聚氨酯丙烯酸酯进一步中和和乳化制备水性光固化乳液，研究了丙烯酸含量、剪切速率和剪切时间对乳液粒径、乳液稳定性的影响。结果表明：随着丙烯酸含量的增加，乳液粘度升高，乳液粒径先变小后变大，乳液漆膜亲水性增强，适宜的丙烯酸含量为10～15%。适宜的剪切速率为2000r/min，剪切时间为20min。采用不同结构氟端基的丙烯酸酯单体、甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸和丙烯酸羟乙酯制备了侧链带有羟基、羧酸和氟端基的无规共聚丙烯酸酯，并进一步改性、

5、中和和乳化制备了水性光固化含氟纯丙类聚氨酯丙烯酸酯乳液。采1用傅里叶红外光谱（FTIR）、核磁共振氢谱（HNMR）和差示扫描量热（DSC）对合成的树脂进行了表征。对乳液粒径和稳定性进行了研究。重点采用X-光电子能谱仪（XPS）和接触角测定仪研究了氟端基的表面富集行为和漆膜的表面能。结果表明：随含氟基团的引入，乳液粒径变大，稳定性有所降低；含氟基团发生I了显著的表面富集现象，后续热处理可以进一步提升氟端基的迁移，漆膜的表面能显著下降，接触角（水）显著升高，从而提升了漆膜的耐水性能，亲水率显著下降。结合乳液稳定性和漆膜表面性能，适宜的含氟单体用量为6%。关键字：光固化；聚丙烯酸酯；水性聚氨酯

6、；氟；表面能IIABSTRACTInthepastdecade,UV-curablewaterbornepolyurethaneacrylateresinshavebeenextensivelystudiedforitsuniquecombinationofenvironmental-friendliness,lowerenergyconsumptionandexcellentproperties.Fluorinatedpolyurethanecoatingwaswidelyusedinmanyareasbecauseofthelowersurfaceenergyandexcellent

7、waterandoilrepellencyresistance.Thepolyacrylaterandomcopolymerswithsidechaincontaininghydroxyl,carboxylanddifferentfluorineterminalgroupwereprepared,andwerefurthermodifiedtopreparewaterborneUV-curablefluorinatedpureacr