摘 要

随着人们逐渐意识到环保的重要性，各国纷纷出台法规来限制涂料中的挥发性有机化合物（VOC），因此传统涂料工业正面临巨大的挑战。采用环境友好型的涂料来替代传统的溶剂型涂料，可以降低环境污染，同时又延续了传统溶剂型涂料的优良性能，其中水性聚氨酯涂料近年来备受关注。

本课题中，我们使用甲苯二异氰酸酯、丙二醇聚醚和二羟甲基丙酸为原料进行预聚反应，得到聚氨酯预聚体，加入三乙胺中和后在水中分散、乳化得到水性聚氨酯（PU）乳液。本实验系统地研究了加料方法、反应温度、反应时间、NCO/OH投料比等因素对预聚物黏度、乳液固含量、以及对其涂膜的拉伸强度、剪切强度、表面张力等性能的影响。

本实验还采用丙烯酸酯单体对聚氨酯预聚物进行改性实验,制备出具有核壳结构的水性聚氨酯-丙烯酸酯共聚乳液(PUA乳液)。研究了丙烯酸酯与PU用量比（A/PU)的变化对乳液机械性能、热稳定性的影响,以及这种改变对胶粒形态的影响。

关键词：水性聚氨酯；异氰酸酯；丙烯酸酯；改性

The Study on Preparation and modification of Waterborne Polyurethane Coatings

Abstract

As people come to realize the importance of environmental protection, countries have introduced regulations to limit volatile organic compound paint (VOC), so the traditional paint industry is facing enormous challenges. Environmentally friendly coatings to replace traditional solvent-based coatings can reduce environmental pollution, but also the continuation of the excellent performance of conventional solvent-based coatings, wherein the aqueous polyurethane coating of concern in recent years.

This issue, we used toluene diisocyanate, a polyether diol and dimethylol propionic acid as a raw material pre-polymerization to give a polyurethane prepolymer, and then dispersed in water, emulsified water-based polyurethane emulsion. In this study, a systematic study of reaction time, reaction temperature, feeding methods, NCO / OH ratio on the feed prepolymer viscosity emulsion solids, as well as its film tensile strength, shear strength, surface tension and other properties Impact. The resulting aqueous polyurethane storage stability and excellent performance.

The experiment also uses acrylate monomer polyurethane prepolymer modification experiments prepared aqueous polyurethane having a core-shell structure - acrylate copolymer emulsion (PUA emulsion). The Research on the acrylate and PU-use ratio (A / PU) emulsion mechanical properties, thermal stability, and the impact of such changes on particle morphology changes.

Key Words: Aqueous polyurethane; Isocyanate; Acrylate; Modification

目录

摘 要 I

Abstract II

第一章 引言 1

1.1概述 1

1.2 前言 1

1.2.1 水性聚氨酯的化学反应 2

1.2.2 水性聚氨酯的结构 3

1.2.3 水性聚氨酯涂料的应用 3

1.2.4 水性聚氨酯的研究进展和发展趋势 4

1.2.5 目前水性聚氨酯存在的主要问题 5

1.3 本文研究的主要内容 6

第二章 水性聚氨酯涂料的制备及表征 7

2.1 水性聚氨酯涂料的制备 7

2.1.1 原材料 7

2.1.2实验仪器 8

2.1.3 实验过程 9

2.1.4 影响聚氨酯合成的因素 11

2.2 性能检测与表征 14

2.2.1 固含量的测定 14

2.2.2 分散体黏度的测试 15

2.2.3 涂膜厚度的测定 15

2.2.4 拉伸强度、断裂伸长率的测试 15

2.2.5 耐水耐溶剂性的测定 15

2.2.6 耐化学药品性的测定 16

2.2.7 表面张力的测定 16

第三章 丙烯酸酯-聚氨酯共聚乳液的制备及表征 17

3.1 前言 17

3.2丙烯酸酯改性水性聚氨酯的制备 17

3.2.1实验原理 17

3.2.2 PUA共聚乳液的合成概述 17

3.3 PUA的分析与表征 18

3.3.1 丙烯酸酯用量与聚氨酯（A/PU，重量比）对乳液平均粒径的影响 18

3.3.2 A/PU对膜的热稳定性的影响 18

3.3.3 A/PU比对膜的机械性能的影响 19

3.3.4 乳胶粒形态表征 19

结论 20

参考文献 21

致谢 24

第一章 引言

1.1概述

纵观涂料的发展历史，我们可以粗略地将之划分为天然树脂阶段、合成树脂阶段和“节约型”树脂阶段^[30]。

天然树脂阶段的树脂品种多样，它们都是从动植物中提取获得。来源于植物的主要有琥珀、松香、大漆等，来源于动物的主要是虫胶，它们的相对分子量都不高，在合成树脂出现之前主要应用于造纸、医药、香精、胶粘剂等。其优点是原料易得、制备工艺简单，但涂料的性能和用途都收到限制。