醋酸纤维素改性水性聚氨酯木器漆的制备及性能研究

作     者：原楠楠 

作者单位：陕西科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王鸿儒

授予年度：2018年

学科分类：081702[工学-化学工艺] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 

主      题：醋酸纤维素 水性聚氨酯 交联 硬度 耐水性 

摘      要：溶剂型聚氨酯木器漆由于自身的高挥发、高VOC而被水性聚氨酯木器漆所取代。水性聚氨酯木器漆不仅具有无毒、无污染、安全性好等优点,而且具有优良的机械性能。但是现有的木器漆存在一些问题,如耐水性差、硬度低、耐磨性差。为了克服现有水性聚氨酯漆膜存在的这些缺陷,需要对水性聚氨酯木器漆进行改性。本课题采用醋酸纤维素(CA)对水性聚氨酯(WPU)进行接枝改性,从而改善WPU漆膜的硬度、耐磨性及耐水性。同时,得到的富含羟基的改性水性聚氨酯,在使用时更容易被交联,可通过在使用时加入交联剂,使漆膜的硬度、耐磨性和耐水性进一步得到大幅度提高。本课题以异氟尔酮异氰酸酯(IPDI)、聚醚2000(PPG2000)、二羟甲基丙酸(DMPA)等为主要原料,通过逐步聚合法制备聚氨酯预聚体,然后以醋酸纤维素(CA)为改性剂,丁二醇(BDO)为小分子扩链剂,制备CA改性WPU乳液。重点研究了改性温度、改性时间、R值、CA含量、CA的乙酰基含量对CA改性WPU乳液、薄膜及涂层性能的影响。结果显示,当改性温度为80℃,改性时间为2.5h,w(CA))=6.8%、w(DMPA))=6.8%、CA的乙酰基含量为43.50%,加入CA后体系R值为1.5时,所得的CA改性WPU乳液性能稳定,紫外透光率稍微降低,薄膜的吸水率降低至3.99%,相比较未改性的聚氨酯薄膜的吸水率10.53%,其吸水率降低了6.54%;改性后的涂层的硬度为3H,与未改性的涂层的硬度相比,提高了4倍;改性后涂层的磨损率由1.83%降低至0.79%;涂层的附着力等级由3级提高到1级;耐丙酮擦拭次数由15次提高到65次。采用傅里叶红外变换光谱(FT-IR)、热重(TG)、扫描电镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)、X-射线衍射仪(XRD)、凝胶渗透色谱(GPC)等仪器研究了CA改性WPU乳液、薄膜的特性。FT-IR证明了反应按照预期目标进行,得到了CA改性WPU薄膜。热性能分析表明采用CA改性可使WPU材料的热性能得以提高。通过GPC表明,随着CA的加入,乳液的分子量增加。通过SEM、AFM表明,随着CA的用量及乙酰基含量的增加,薄膜断面形态呈现出更加复杂的网状结构。XRD表征得到,WPU的结晶度较低,以非晶态宽峰为主,当引入CA后,薄膜结晶度降低。此外,向CA改性WPU的乳液中加入一定量氮丙啶交联剂(AZ)进行涂饰,探讨AZ的用量对涂饰后漆膜耐水性、硬度、附着力、耐冲击力的影响。研究发现,当AZ/WPU=6%时,薄膜的吸水率降至1.75%,涂层的硬度由3H提高到4H,涂层的损耗率由0.79%降到0.66%,附着力等级由1级升为0级,涂层的耐丙酮擦拭次数由65次提高的120次以上。通过SEM、AFM表征,交联涂饰后涂层的断面呈现出更加复杂的网状结构,并且微相分离结构降低。