聚酯多元醇合成工艺研究及其在水性聚氨酯塑料涂层中的应用

摘要

本研究以1，6己二醇(HDO)为原料，分别与苯酐(PA)、己二酸(AA)反应，在氮气、高温的保护下合成了两种平均分子量在1000-2000，酸值小于1mgKOH/g的聚酯多元醇。根据聚酯多元醇反应原理、高聚物平均聚合度以及反应物料配比关系，确定了聚酯多元醇的具体合成方法。对聚酯多元醇的酸值、羟值、粘度、水分含量、平均相对分子量等重要指标进行了测定，并用红外光谱分析法(ATR)、凝胶色谱仪(GPC)进行了表征。实验以平均相对分子量、酸值和羟值决定实际应用的主要因素为指标，探究了醇酸摩尔比、反应时间、最高反应温度、催化剂的种类和用量及后期真空度等因素对反应的影响。采用控制变量法对合成工艺和配方设计进行了优化，得出聚苯酐己二醇酯的最佳合成条件为:醇酸摩尔比为1.13∶1，反应时间9-10h，最高反应温度220℃，催化剂为单丁基氧化锡，用量为wt=0.03％，后期真空度为0.085MPa。以间苯二甲酸二甲酯-5-磺酸钠(SIPM)、HDO、PA和AA为原料，采用酯交换-醇酸缩聚两步法合成了磺酸基型聚酯多元醇。并以合成的磺化聚酯多元醇为软段，以甲苯二异氰酸酯(TDI)、二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)为硬段，二羟甲基丙酸(DMPA)为扩链剂，三乙胺(TEA)为中和剂，采用预聚物法制备了水性聚氨酯(WPU)，并经过配漆喷涂在ABS板上制备塑料涂层。通过全反射红外光谱(ATR)和GPC对磺化聚酯多元醇进行了表征;考察了酯交换HDO和SIPM摩尔比、SIPM用量、醇酸总摩尔比等对磺化聚酯多元醇性能的影响，对制备的WPU进行了性能测试。结果表明，在w(SIPM)=0.16mol/kg，酯交换时HDO与SIPM摩尔比为7∶1，醇酸总摩尔比为1.13∶1条件下合成的磺化聚酯多元醇可制得高固含（46wt％）、低黏度(25℃，102mPa.s)、平均粒径为60nm的半透明状WPU乳液。不断调整工艺方案，由WPU制备的ABS塑料涂层的厚度为10-15μm，可在自干或者50℃及70℃情况下烘烤30min测试低温下的性能。测得涂层的光泽大于92，外观平整光亮，干燥时间20min，硬度达到HB，附着力达到0级，符合行业标准，具有较好的应用前景。

目录

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致谢

摘要

第一章 绪论

1．2 聚酯多元醇的分类和制备方法

1．3 合成聚酯多元醇的原料

1．3．1 多元羧酸

1．3．2 多元醇

1．3．3 催化剂

1．3．4 抗氧剂

1．4 聚酯多元醇的合成工艺

1．4．1 熔融缩聚法

1．4．2 溶剂共沸脱水法

1．4．3 真空减压法

1．5 聚酯多元醇化学

1．5．1 脱羧反应

1．5．2 分子间醚化脱水的反应

1．5．3 降解反应

1．6 水可分散型聚酯多元醇的合成

1．7 水性聚氨酯塑料涂层概况

1．7．1 水性聚氨酯概况

1．7．2 ABS工程塑料简介

1．7．3 水性聚氨酯塑料涂层

1．9 本论文研究的内容及意义

1．9．1 本论文研究的内容

1．9．2 本论文研究的意义

第二章 苯酐己二酸聚酯多元醇的合成

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 实验原理

2．2．2 主要实验原料

2．2．3 主要实验仪器

2．3 聚酯多元醇的制备

2．3．2 己二酸聚酯多元醇的制备

2．4 聚酯多元醇的检测方法

2．4．1 外观与透明度的测定

2．4．2 酸值测定

2．4．3 羟值测定及平均相对分子量的测定

2．4．4 水分测定

2．4．5 粘度测定

2．4．6 红外光谱分析

2．5 结果与讨论

2．5．1 醇酸摩尔比对聚酯多元醇分子量的影响

2．5．2 反应时间对酸值的影响

2．5．3 最高反应温度

2．5．4 催化剂的种类及用量

2．5．5 反应后期真空度的影响

2．6 结构分析

2．7 本章小结

第三章 磺酸基型聚酯多元醇的制备

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 实验原理

3．2．2 主要实验原料

3．2．3 主要实验仪器

3．3 磺化聚酯的合成制备

3．3．1 苯酐己二醇磺化聚醇多元醇的制备

3．3．2 己二酸己二醇磺化聚酯多元醇的制各

3．4 性能测试

3．4．1 酸值测定

3．4．2 羟值测定

3．4．3 分子质量测定

3．4．4 粒径分布测试

3．4．5 红外光谱测试

3．5 结果讨论

3．5．2 SIPM含量对磺化聚酯亲水性的影响

3．5．4 醇酸总摩尔比对磺化聚酯羟值及平均分子量的影响

3．6 结构分析

3．7 本章小结

第四章 水性聚氨酯塑料涂层的制备及应用

4．1 引言

4．2 实验部分

4．2．1 实验原理

4．2．2 主要实验原料

4．2．3 主要实验仪器

4．3 水性聚氯酯的合成制备

4．3．2 ABS塑料涂层的制备

4．4 性能测试

4．4．1 红外光谱表征

4．4．2 粒径分布测试

4．4．3 附着力测试

4．4．6 耐酸碱性

4．4．7 耐盐水

4．4．8 耐冷热循环

4．5 结果讨论

4．5．1 -NCO／-OH对漆膜性能的影响

4．5．2 磺化聚酯多元醇含量对水性聚氨酯性能的影响

4．5．3 改性水性聚氨醴的红外光谱分析

4．5．4 ABS塑料涂层性能及应用试验

4．6 本章小结

第五章 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

硕士学位期间的学术活动及成果情况