电泳涂装用高分子交联剂的合成及性能研究

作     者：周奔 

作者单位：盐城工学院 

学位级别：硕士

导师姓名：韦军

授予年度：2023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：电泳 水性 聚异氰酸酯 交联剂 

摘      要：阴极电泳涂料凭借其VOC含量低、污染小、涂层工艺可回收等优点,在水性环保涂料中占据着重要的比例,目前广泛应用于汽车、家用电器等领域。阴极电泳涂料主要有环氧树脂、聚丙烯酸酯和聚氨酯体系。而在实际的应用过程中,通常会将树脂与聚异氰酸酯交联剂混合使用,来提高固化产物的综合性能。本文通过将环氧基团引入聚异氰酸酯的分子链中,合成不同结构的含活性环氧基团的封闭型水性聚异氰酸酯交联剂,主要研究了异氰酸酯单体类型、异氰酸酯指数(R值)以及分子链结构对交联剂性能以及固化涂层性能的影响。(1)以乙二醇二缩水甘油醚(EGDE)、间苯二酚二缩水甘油醚(RDGE)与N-甲基乙醇胺(MEA)为原料,首先制备出线型的环氧中间体,再与六亚甲基二异氰酸酯三聚体(HT-100)合成支化型预聚体。随后以预聚体与亲水改性剂聚乙二醇(PEG-1000)与聚乙二醇单甲醚(MPEG-1200)反应,最后以甲乙酮肟(MEKO)封闭体系内剩余的-NCO基团,合成了一系列以HDI三聚体基的含活性环氧基团的脂肪族封闭型水性聚异氰酸酯交联剂。傅里叶变换红外光谱(FT-IR)与核磁共振氢谱(H-NMR)结果证实了目标交联剂被成功合成。热重分析证实HDI三聚体基交联剂的解封温度为118℃。交联剂的综合性能研究表明,EDGE体系的交联剂水分散性和储存稳定性方面表现优异,而RGDE体系的交联剂在提高固化涂层的硬度、耐溶剂性以及附着力方面更为优秀。当MPEG与总亲水改性剂中所含羟基的比值为0.9时,交联剂的综合性能表现最优。(2)以EGDE、RDGE与乙醇胺(ETA)为原料,制备出支化型的环氧中间体,再与异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)合成支化型预聚体,以PEG-1000与MPEG-1200为亲水改性剂,以MEKO为封闭剂,合成了基于IPDI基的含活性环氧基团的脂环族封闭型水性聚异氰酸酯交联剂。FT-IR与H-NMR结果证实了目标交联剂被成功合成。热重分析证实IPDI基交联剂的解封温度降低至96℃。交联剂的综合性能研究表明,当所含-NCO含量与亲水基团的物质的量之比为2.2时,所制得涂层的性能最优。(3)以RDGE与MEA为原料,制备出线型的环氧中间体。再与多亚甲基多苯基多异氰酸酯(PAPI)合成支化型预聚体,以MPEG-1200为亲水改性剂,以MEKO为封闭剂,合成了基于PAPI基的含活性环氧基团的芳香族封闭型水性聚异氰酸酯交联剂。FT-IR与H-NMR结果证实了目标交联剂被成功合成。热重分析证实PAPI基交联剂的解封温度提高至175℃。交联剂的综合性能研究表明,环氧基团的引入明显改善了涂层的耐溶剂性并在一定程度内提高涂层的硬度与附着力。