摘 要

水性聚氨酯( WPU) 是近年来新兴的环境友好型高分子涂料，以水为分散体系，环保无污染，成膜性能优异，具备机械强度和硬度高等特点，被广泛地应用于涂料等行业。本文首先采用预聚体法，并将WPU在水中分散获得水性聚氨酯乳液。进一步将所得到的乳液与丙烯酸单体共混，引发自由基聚合，获得水性聚氨酯-含氟丙烯酸酯复合乳液。通过Zeta电位、乳液粒径和红外光谱测试等，对复合乳液的性能进行表征。所得到的复合乳液性能稳定，胶膜弹性好。在此基础上，利用所获得的水性聚氨酯-含氟丙烯酸酯复合乳液，选用合适的配方，配置白色金属面漆，并对其进行性能表征。所得到的漆膜具有柔韧性高，光泽度强等优势。

关键词：水性聚氨酯；含氟丙烯酸改性；白色金属面漆；乳液性能

Abstract

Waterborne Polyurethane (WPU) is a new environment-friendly polymer coating in recent years. It is widely used in coatings and other industries with mechanical strength and hardness. It is a environmental decentralized system with no pollution, excellent performance and excellent film-forming performance.In this paper, the prepolymer of waterborne polyurethane was prepared and the aqueous polyurethane emulsion was obtained by internal emulsification method. The resulting emulsion was further mechanically mixed with the acrylic monomer and initiate radical polymerization to obtain WPUFA.The properties of the composite emulsion were characterized by Zeta potential, emulsion particle size and infrared spectroscopy. The composite emulsion has a stable performance.On the basis of this,adopting a appropriate formula,WPUFA was used to arrange the white metal finish and characterize it. The resulting paint film has the advantages of high flexibility, high gloss and so on.

Key words：Waterborne Polyurethane; Fluorinated Acrylic Acid Modified; White Metal Finish; Emulsion Performance

符号说明

目 录

第 1 章 绪论 1

1.1 前言 1

1.2 水性聚氨酯发展 1

1.3 水性聚氨酯分类 2

1.4 水性聚氨酯的合成方法 2

1.4.1 外乳化法 2

1.4.2 内乳化法 2

1.5 水性聚氨酯的改性方法 3

1.6 水性丙烯酸酯综述 4

1.7 聚氨酯的应用 4

1.8 论文研究内容及意义 4

第 2 章 水性聚氨酯-含氟丙烯酸酯复合乳液的制备及性能研究 6

2.1 前言 6

2.2 实验部分 6

2.2.1 原料 6

2.2.2 实验仪器 7

2.2.3 水性聚氨酯乳液(WPU)的制备 7

2.2.4 聚氨酯丙烯酸树脂复合乳液(WPUFA)的制备 7

2.2.5 WPUFA胶膜的制备 7

2.3 性能测试 7

2.3.1 乳液粘度 7

2.3.2 粒径和 Zeta 电位测定 8

2.3.3 乳液稳定性测试 8

2.3.4 红外光谱分析 8

2.3.5 乳液及乳胶膜外观测试: 8

2.4 结果与讨论 8

2.4.1 乳液及胶膜外观表征 8

2.4.2 WPU/PA共混复合乳液性能 8

2.4.3 乳液红外光谱测试 9

2.5 本章小结 9

第 3 章 WPUFA复合乳液涂料的制备 10

3.1 前言 10

3.2 实验部分 10

3.2.1 化学试剂 10

3.2.1 实验仪器 10

3.3 金属白色面漆的制备 11

3.3.1 基础配方 11

3.3.2 制备工艺 11

3.3.3 底板表面处理与涂装 12

3.4 漆膜性能测试 12

3.4.1 漆膜干燥时间测定法 12

3.4.2 漆膜光泽度测定方法 12

3.4.3 漆膜铅笔硬度测定方法 12

3.4.4 漆膜耐冲击测定法 12

3.4.5 漆膜柔韧性测定法 13

3.4.6 漆膜附着力测定法 13

3.4.7 漆膜耐盐水实验测定方法 13

3.5 结果与讨论 13

3.5.1 漆膜干燥时间 13

3.5.2 漆膜光泽度 13

3.5.3 漆膜铅笔硬度 14

3.5.4 漆膜耐冲击测定 14

3.5.5 漆膜柔韧性测定 15

3.5.6 漆膜附着力测定 15

3.5.7 漆膜耐盐水实验 16

3.6 本章小结 16

第4章 结论 18

参考文献 19

致 谢 20

第 1 章 绪论

1.1 前言

大多数水性聚氨酯分子链段呈直线型，且其上含有亲水基团和亲水链段，因此存在耐水性不足，耐溶剂性差，耐热性也不尽如人意。作为一种多功能合成树脂的聚氨酯，分子内部结构中含有各种氨基甲酸酯键和脲键。链段内部可形成氢键，所形成的氢键使聚氨酯分子链形成分子量巨大的紧密聚合物，这使得聚氨酯涂膜具有卓越的耐腐蚀性、耐低温及柔韧性能。聚丙烯酸酯类(PA)材料具有耐黄化、耐水性及耐热性好等优点，但其也存在着加工性能差，胶料易黏混，流速慢，耐寒性差等不足之处。随着世界各国对传统涂料所含有的挥发性有机化合物以及有害空气污染物排放的限制，开发高性能水性聚氨酯（WPU）材料刻不容缓。水性聚氨酯，分散介质为水，不会燃烧，环保无污染，容易清洗，已成功用于涂料、织物整理剂等生产领域。

1.2 水性聚氨酯发展

1938年，Carother生产出大分子量聚酰胺，这促进Otto Bayer教授进行类似的聚酰胺替代品的研究。最后，Bayer教授以脂肪族异氰酸酯与乙二醇反应生产具有优良性能的聚氨酯材料。19世纪40年代，聚氨酯开始大规模化生产，但由于第二次世界大战的影响，直到1952年，甲苯二异氰酸酯（TDI）开始量化生产，聚氨酯弹性体的供应也有了更大的发展。1943年，Schlack在外加乳化剂的作用下，将二异氰酸酯和水混合，并采用二胺扩链，成功制备了水性聚氨酯^[6]。Baye教授于1952-1954期间，着手研究了了不同的多异氰酸酯体系。1958年，BF Goodrich研制出交联的热塑性聚氨酯弹性体。1965年，Dieterich首次通过内部乳化进行WPU的制备，增加了水性聚氨酯工业化生产的可能性，其制备的水性聚氨酯性能远优于通过外部乳化合成的聚氨酯。19世界70年代，水性聚氨酯在美国商业化。20世纪70年代左右，水性聚氨酯的研究在德国、美国等发达国家取得重要进展。1972年，Bayer公司首先将水性聚氨酯应用于织物整理剂。此后，美国、日本、德国等发达国家开始将水性聚氨酯产品的研究工作向实际生产和应用方向转变，如Bayer公司的阴离子聚氨酯乳液iDsPecrollKA和ImParnil，dotte公司的x和E等系列，Hoehcet公司的Acrym，大日本油墨公司的HydranHW^[5]。

我国近些年来，众多研究机构、学术院所、企业都开始从事水性聚氨酯的研究工作，水性聚氨酯更是被列为国家重点发展的精细化工产品之一。目前，水性聚氨酯产品已在我国众多领域得到应用。但是我国目前的聚氨酯产品主要依赖进口。因此，自主研发出高性能水性聚氨酯产品已刻不容缓。