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1、扬州工业职业技术学院2009 2010 学年第 二 学期毕业设计（论文）（课程设计） 课题名称：绿色涂料水性聚氨酯漆的研究 设计时间： 2009.10.12010.5.1 系 部： 化 学 工 程 系 班 级： 0702高分子 姓 名： 杨xx 指导教师： 孙xx 目 录1、前言 21.1 环保与水性涂料. 21.2 水性涂料存在的问题. 21.3 水性聚氨酯涂料的发展现状21.4水性聚氨酯涂料的合成 31.4.1丙酮法31.4.2预聚体混合法31.4.3熔融分散缩聚法31.4.4酮亚胺/酮联氮法41.4.5保护端墓乳化法41.5水性聚氨酯涂料的改性 41.5.1丙烯酸酯类及含乙烯基的单体改性
2、41.5.2环氧树脂改性51.5.3有机硅氧烷改性61.5.3.1含羟基或胺基的硅氧烷树脂改性.61.5.3.2含乙烯基的硅氧烷单体进行改性. 71.5.4多元改性的方法81.5.5其它改性方法82、实验部分 102.1基本原料.102.2性能测试.103、结果与讨论 123.1讨论 123.2 结论 . 144、总结与展望164.1结论164.2展望.164.2.1在建筑上的应用164.2.2在汽车上的应用174.2.3在木器家具上的应用174.2.4皮革涂饰.17参考文献 19致谢 20绿色涂料水性聚氨酯漆的研究摘要:该文综述了水性聚氨酯漆的发展历史和特性，阐明了发展水性聚氨酯漆的价值和意
3、义。并且对近几年国内外水性聚氨酯漆丙酮法、预聚体混合法、熔融分散缩聚法、酮亚胺/酮联氮法、保护端基乳化法进行了综合说明。另外对水性聚氨酯漆所存在的问题进行了总结，并阐述了环氧树脂、有机硅氧烷、丙烯酸酯类及含乙烯基的单体等对水性聚氨酯漆进行改性。最后对水性聚氨酯漆进行了展望并阐述拉在汽车上、在木器家具上和皮革涂饰的应用。关键词：水性聚氨酯 合成 改性 应用Summary of water-based polyurethane paint green paintyangxinlan0702Abstract：This paper reviews the history of development
4、of water-borne polyurethane lacquer and features, and illustrates that the development of water-borne polyurethane paint the value and significance. And right at home and abroad in recent years, water-based polyurethane paint acetone, prepolymer mixing method, melt dispersion polymerization method,
5、ketone imine / ketones associated nitrogen law, protection of client-based emulsion method of a consolidated statement. In addition to the water-based polyurethane paint the problems were summarized and described epoxy resins, organic siloxane, acrylic esters and products containing vinyl monomers s
6、uch as pairs of water-based polyurethane paint was modified. Finally, water-based polyurethane paint was predicted and described pull in the car, in the wood furniture and leather finishing applications.Keywords：Waterborne Polyurethane、Synthetic、Modified、Apply1、前言1.1 环保与水性涂料虽着涂料工业的发展，涂料的花色、品种、功能越来越多
7、，分工也越来越细，但在涂料的制造和施工过程中因有机溶剂的大量排放而对环境造成巨大的污染。为限制有机溶剂的排放，涂料的固体化、无溶剂化、水性化已呈发展趋势，业内人士广泛赞同的“4E”涂料（Economy，Efficiency，Ecology，Energy）即指上述涂料。其中，涂料的水性化是近年来发展十分迅速的一个领域，已有不少成熟的产品和技术在广泛使用1。 水性涂料是以水作溶剂或分散介质的涂料。最早的商品化水性涂料是在20世纪30年代出现的。基于其对环境的相容性和保护性。并具有节省资源、节约能源的优点，水性涂料产品很快就被市场接受，并逐渐发展扩大。日本、美国1986年水性涂料分别占涂料总销售量的
8、18%和22%，英国1995年水性涂料产量占全国涂料总产量的64.5%。我国从60年代开始研究水性涂料，进入90年代后，国家大力扶持水性涂料的发展。目前的市场占有率虽不是很高，但却具有广阔的发展前景。 1.2 水性涂料存在的问题水性涂料的优点是显而易见的，但也存在着一些问题。与有机溶剂相比，水的蒸发热较高，这就要求用其他手段来帮助水的蒸发。对于低温和高湿这两种特殊情况，水的蒸发就更慢了，因此干燥时间长，而助溶剂的加入则更使其雪上加霜。由于助溶剂在帮助成膜和提高涂膜性能方面是相当多的水性涂料不可缺少的组分，故除去助溶剂并不是一件容易的事情。1.3 水性聚氨酯涂料的发展现状聚氨酯是氨基甲酸酯树脂的
9、简称，其分子中含有特征单元结构氨基甲酸酯（-NH-CO-）。聚氨酯应用十分广泛，作为涂料具有良好的耐磨性、耐腐蚀性、耐化学品性、硬度大、高弹性等优点。 水性聚氨酯（PU）是水性涂料中很有发展潜力的一种，在很多领域都得到了广泛的应用，它包括单组分聚氨酯涂料和双组分聚氨酯涂料两种，是以水为介质的二元胶态体系，不仅具有无毒、不易燃烧、不污染环境、节能、安全可靠、不易损伤被涂饰表面、易操作和改性等优点；同时还具有溶剂型聚氨酯的一些重要的性能特征，使得它在织物、皮革涂饰及粘合剂等许多领域得到了广泛的应用。单组分水乳型聚氨酯的特征在于很高的断裂伸长率（达到800%以上）和较高的抗拉伸强度（达20MPa左右
10、），但因其具有线型结构，分子中含有亲水基团，其耐水性、耐溶剂性较差，应用受到了限制. 水性双组分聚氨酯涂料的应用领域基本上与溶剂型涂料相当，既可用于热敏材料（如木材、塑料）和不能烘烤的大型物件，也可用于诸如汽车类的烘烤物件.通过对报道的实验数据进行对比，表明，水性双组分聚氨酯涂料除了干燥时间稍长和适用期稍短外，涂膜的装饰性、机械性能、耐化学性和耐候性均可与溶剂型双组分PUR涂料相媲美。1.4 水性聚氨酯涂料的合成水性聚氨酷的制备方法通常可分为外乳化法和内乳化法两种.外乳化法是指采用外加乳化剂，在强剪切力作用下强制性地将聚氨酯粒子分散于水中的方法，但因该法存在乳化剂用量大、反应时间长以及乳液颗粒
11、粗、最终得到的产品质量差、胶层物理机械性能不好等缺点，因而目前生产基本不用该法2内乳化法又称自乳化法，是指在聚氨酯分子结构中引人亲水基团无需乳化剂即可使自身分散成乳液的方法，因此成为目前水性聚氨酷生产和研究采用的主要方法.内乳化法又可分为丙酮法、预聚体混合法、熔融分散法、酮亚胺/酮联氮法、保护端基乳化法。1.4.1丙酮法 首先合成含-NCO端基的高粘度聚氨酯预聚体，加丙酮溶解，使其粘度降低，然后用含离子基团扩链剂进行扩链，在高速搅拌下通过强剪切力使之分散于水中，乳化后减压蒸馏脱除溶剂丙酮，得到水性聚氨酯分散液。 丙酮法易于操作，重复性好，制得的水性聚氨酯分子量可变范围宽，粒径的大小可控，产品质
12、量好，是目前生产水性聚氨酯的主要方法。但该法需使用低沸点丙酮，易造成环境污染，工艺复杂，成本高，安全性低，不利于工业生产。1.4.2预聚体混合法 首先合成含亲水基团及端-NCO的预聚体，当预聚体的相对分子量不太高且粘度较小时，可不加或加少量溶剂，高速搅拌下分散于水中，再用亲水性单体(二胺或三胺)将其部分扩链，生成相对分了量高的水性聚氨酯一脉。最终得到水性聚氨酯分散液。为合成低粘度预聚体，通常选择脂肪族或脂环族多异氛酸酷，因为这两种多异氰酸酷的反应活性低，预聚体分散于水中后用二胺扩链时受水的影响小。但预聚体混合分散过程必须在低温下进行，以降低-NCO与水的反应活性;必须严格控制预聚体粘度，否则预
13、聚体在水中分散将非常困难,预聚体混合法避免了有机溶剂的大量使用，工艺简单，便于工业化连续生产。缺点是扩链反应在多相体系中发生，反应不能按定量的方式进行。1.4.3熔融分散缩聚法熔融分散缩聚法又称熔体分散法，是一种无溶剂制备水性聚氨酯的方法。该法把异氛酸酯的加聚反应和氨基的缩聚反应紧密地结合起来。先合成带有亲水性离子基团和-NCO端基的聚氨酯预聚物，预聚物与尿素进行加聚反应得到含离子基团的端脉基聚氨酯双缩二脉低聚物。此低聚物在熔融状态下与甲醛水溶液发生缩聚反应和经甲基化应，形成含经甲基的聚氨酯双缩二脉，用水稀释后，得到稳定的水性聚氨酯分散液。该方法的特点:反应过程中不需要有机溶剂，工艺简单，易于控制，配
