有机硅改性聚氨酯丙烯酸酯水性低聚物的合成与性能研究
水性紫外光(UV)固化体系可以解决挥发性有机物引起的环境问题，同时又具有UV固化的优点，具有环保性，已成为UV涂料发展的主要方向之一。水性低聚物是决定UV水性材料主要性能的关键组分，设计开发新颖结构和优异性能的水性低聚物具有重要的理论意义和应用价值。论文基于有机硅与聚氨酯丙烯酸酯的结合能够提高UV光固化材料的表面性能（即降低表面能，提高拒水性）、耐热及拉伸等性能，而刚性环的结构能增加光固化材料的硬度、光泽度、拉伸性能和附着力等性能，设计开发了结构新颖和性能优异的有机硅改性聚氨酯丙烯酸酯水性低聚物。另外，依据Fe3O4纳米粒子具有很高的饱和磁化强度和力学性能，与聚合物复合可以提高材料的耐热性能和力学性能，同时赋予材料磁性和电性能，还研究改性Fe3O4纳米粒子与水性低聚物组成的有机-无机杂化材料的性能。该课题的研究丰富了水基光固化材料的基础理论研究，并拓宽其应用领域。 主要研究内容与所得结论如下: 1、本文以异冰片丙烯酸酯(IBOA)，二乙醇胺，烷羟基硅油(PDMS)，异佛尔酮(IPDI)，二羟基丙酸(DMPA)，聚乙二醇(PEG)，丙烯酸-2-羟乙酯(HEA)，季戊四醇三丙烯酸酯(PET3A)为原料，合成了未见报道的3-(N，N-二羟乙基氨基)丙酸异冰片酯(DEAIBOA)刚性小分子扩链剂和12种可光聚合的有机硅改性聚氨酯丙烯酸酯水性低聚物，并对其结构进行了表征。 2、对所合成的12种有机硅改性聚氨酯丙烯酸酯水性低聚物的光聚合性能、水溶性及其乳液的稳定性和粒径进行了考察。结果表明:12种低聚物具有很好的水溶性和光聚合性能，其乳液具有很好的储存稳定性。随低聚物亲水能力的增加，其乳液粒径减小，相反地，随低聚物分子量增加，其乳液粒径增大。 3、对不同亲水能力（不同DMPA含量）和不同官能度的七种水性低聚物光固化体系固化膜的性能进行了考察。结果表明:随着DMPA含量的增加，固化膜的拉伸强度逐渐增大，断裂伸长率逐渐减小。固化膜具有良好的耐热黄变性。提高低聚物的官能度可以提高固化膜的凝胶率、耐热性、拉伸强度和铅笔硬度。 4、对所合成的不同刚性环含量的5种水性低聚物光固化体系固化膜的性能进行了考察。结果表明:随着低聚物中刚性环含量的增加，其光固化膜的拉伸强度、玻璃化转变温度和铅笔硬度逐渐增大。固化膜的断裂伸长率先增加后减小。相比于未引入刚性环的低聚物PDMS-PEG-WPUA-6a体系的固化膜，其拉伸强度、断裂伸长率和附着力均被改善。 5、对合成的可光聚合型的磁性纳米填料Fe3O4@SiO2@IPDI-HEA的结构进行了表征，并考察了其对有机硅改性聚氨酯丙烯酸酯水性低聚物体系的光聚合性能及其光固化膜的物理力学性能的影响。结果表明:对Fe3O4纳米粒子进行SiO2包裹可以减少团聚现象，Fe3O4@SiO2@IPDI-HEA的粒径分布均匀，粒径为90 nm。添加了Fe3O4@SiO2@IPDI-HEA的光聚合体系具有很好的光聚合性能，但聚合速率明显低于未加磁性纳米填料的光聚合体系。随着Fe3O4@SiO2@IPDI-HEA加入量的增加，光固化膜复合材料的耐热性能被提高，断裂伸长率下降，固化膜的拉伸强度先增加再降低。介电常数和介电损耗能力随着Fe3O4@SiO2@IPDI-HEA加入量的增加而增加，故Fe3O4@SiO2@IPDI-HEA在水性光固化无线电波吸收材料领域可能有一定的应用前景。
水性低聚物;有机硅;聚氨酯丙烯酸酯;合成工艺;物理性能
北京化工大学
硕士
化学
孙芳
2017
中文
TQ316
126
2017-08-15（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）