羧酸-聚醚型水性多异氰酸酯固化剂的制备及其性能研究

作     者：汪辉辉 

作者单位：华南理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：张心亚;赖映标

授予年度：2021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：端羟基羧酸-聚醚型单体改性剂 水性多异氰酸酯固化剂 亲水改性 双组份水性聚氨酯 

摘      要：双组份水性聚氨酯涂料(2K-WPU)无毒环保,具备优异的耐磨性、柔韧性、耐化学品性、耐高低温性和粘附力,已经广泛用于工业、地坪、木器、皮革、织物等领域。水性多异氰酸酯固化剂(WDP)是2K-WPU的关键组分之一,对漆膜的综合性能起着重要作用。但是,目前我国自主研发的WDP普遍存在水分散性差、黏度高、NCO%含量低、储存稳定性差、与树脂组分相容性不佳以及配漆性能不达标等缺陷。本文合成了羧酸-聚醚型改性剂单体并用于亲水改性多异氰酸酯,制备羧酸-聚醚型WDP,并探究其配漆性能。利用聚乙二醇和酸酐进行开环反应生成单酯,制备带有反应活性的端羟基羧酸-聚醚型单体改性剂,兼具羧酸型阴离子和聚氧乙烯非离子的亲水功能。通过理论和实验探究,确定了原料、投料比、加料方式和反应条件等实验工艺:选择聚乙二醇600(PEG-600)和丁二酸酐(SA)作为反应原料,按照摩尔比1.05:1、一批投料的方式在85-90℃条件下进行反应,合成了无色透明、黏度低(430-520 cp,25℃)、带有反应活性的端羟基羧酸-聚醚型亲水改性剂(PEG-SA),得率为97.3%;红外光谱、核磁氢谱等表征结果显示,合成的改性剂与设计结构基本相符。利用上述羧酸-聚醚型单体改性剂对HDI三聚体(基料)进行亲水改性,以N,N-二甲基环己胺(DMCA)作为中和剂,以1,4-丁二醇(BDO)作为反应的交联剂。发现使用5%(占基料的质量比)的PEG-SA、90%中和度的DMCA、0.5%(占基料的质量比)的BDO,在90-95℃下反应约5h,合成的PEG-SA-BDO-WDP综合性能最好——外观澄清透明、黏度(25℃)3500 cp、NCO%含量19.45%、储存稳定性达到6个月,水分散体粒径分布窄,平均粒径为300nm。将自制WDP和水性羟基树脂A组分WS 665复配,制备水性聚氨酯清漆,考察WDP的应用性能。探究NCO和OH摩尔比对漆膜性能的影响,发现NCO/OH最佳摩尔比为1.3-1.7,此时漆膜综合性能最优:铅笔硬度3H,附着力0级,光泽度约为48,耐酸碱性过关。双组份体系相容性佳,适用期约为4h。与市售代表WDP产品进行对比,发现自制的PEG-SA-BDO-WDP配漆后的性能在各方面均达到国家相关标准。