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水性聚氨酯(WPU)既避免了溶剂型聚氨酯体系中有毒、易燃挥发性有机化合物(VOC)的排放,又具有不燃、不污染环境等优点,是国内外研究的热点。本论文在对水性聚氨酯、二聚酸等的国内外研究现状进行文献调研的基础上,利用二聚酸良好的热稳定性、无毒性以及其优于相对分子质量较小的二元酸在柔软性、耐冲击性和耐水性方面的优势,合成了用于水性聚氨酯的二聚酸聚酯多元醇,并进一步合成了水性聚氨酯乳液,初步研究了其性能。
以二聚酸和二乙二醇为原料,氯化亚锡作为催化剂,合成了二聚酸一缩二乙二醇酯,通过单因素分析法和重复性实验,优化实验条件为:n(二聚酸):n(一缩二乙二醇)=1:2.8,氯化亚锡催化剂的质量百分比含量为0.4%,二甲苯作为带水剂,用量约占反应物总体积的10%,反应温度190℃,反应时间8h,反应结束前抽真空1h,真空度控制在0.002~0.005MPa。反应产物的外观为透明浅黄色粘稠液体,酸值小于2 mgKOH·g-1,羟值70~160mgKOH·g-1,粘度500~700mPa·s。在此实验条件基础上,用二聚酸分别和乙二醇、PEG400、1,4-丁二醇反应,合成了系列二聚酸聚酯二醇产品。
用自制的二聚酸聚酯多元醇和。TDI为原料采用自乳化法制备了水性聚氨酯乳液,得到最佳的实验条件为:预缩合n-NCO:n-OH比值在3~4,反应温度为80℃;二羟基丙酸(DMPA)为扩链剂,用量为预聚物质量的6~8%;三乙胺为中和剂,中和度控制在95%以上;以乙二胺/二乙烯三胺复配扩链剂进一步扩链。通过红外和热失重分析等对乳液涂膜性能的测试表明:二聚酸聚酯多元醇用于水性聚氨酯提高了水性聚氨酯乳液的耐水性和热稳定性。
对所合成的水性聚氨酯乳液用环氧树脂进行改性,实验显示:当环氧树脂的加入量为反应物总质量的4~6%,且在75℃条件下,保温反应4~5h时,水性聚氨酯乳液显示出良好的初粘性,且其耐水性和热稳定性也得到了提高。环氧树脂改性后的水性聚氨酯乳液配制的木器涂料具有气味小、干燥快、漆膜耐水性和弹性好的特点。