水性聚氨酯丙烯酸酯的合成

编号大学生创新性实验计划项目申请书项目名称水性聚氨酯丙烯酸酯的合成所属学院材料学院申报人侯君波刘婷张郑鑫董佳佳徐敬超指导教师李会录职称副教授填表日期2011/11/13实验室与设备管理处2大学生创新实验计划项目申请表项目名称水性聚氨酯丙烯酸酯的合成申请经费2000元项目组成员基本情况姓名专业及班级主要角色联系电话签名侯君波高分子0901班组长18792834472刘婷高分子0901班组员15249239088董佳佳高分子0901班组员13310972556张郑鑫高分子0902班组员15091634524徐敬超高分子0902班组员18392364692指导教师情况姓名李会录职称副教授学历/学位博士[e-mail]联系电话[phone]专业特长姓名职称学历/学位E-mail联系电话专业特长一、申请理由（包括选题背景、意义，项目组成员已具备的知识条件、特长、兴趣等）随着工业的迅速发展，性能优越的高分子材料被广泛的应用于生产和生活的各个方面，为此为了使生产和生活联系联系的更紧密，为了使生活的质量更加环保健康，有必要也必须研究一些实用和环保的产品。聚氨酯丙烯酸酯（PUA）体系综合了聚氨酯树脂和丙烯酸酯树脂各自的优点，使得该体系具有耐溶剂性，耐低温性，耐磨性，耐热冲击性，柔韧性和良好的粘结性，成为目前研究比较活跃的体系。该体系涂料已经广泛应用于金属、木材、塑料涂层，油墨印刷，织物印花，光纤涂层等方面。传统的UV固化体系主要由光引发剂、功能性低聚物、活性稀释剂(单体)、光稳定剂及各种辅助剂组成,其采用活性稀释剂代替有机溶剂降低体系黏度且起交联作用,有效地降低了VOC(VolatileOrganicCompound)排放量;但这些活性稀释剂多具有低蒸气压、毒性和刺激性,在光照结束后仍会残留在产品中,对环境及人体健康产生不良影响,而且单体降低体系黏度的程度也有限。低聚物相对分子量较大则黏度也较大,且其黏度难以调节控制,故非水性UV固化体系很难做到不用稀释剂而配制100%固含量的光固化体系。为了避免使用活性稀释剂以减少VOC排放量,提高UV固化体系的综合性能,水性UV固化体系成为该领域新的发展趋势。对水性UV固化体系的研究,不仅具有环保效应,而且还具有很大的经济效益。水性UV固化低聚物是随着20世纪末水性UV固化材料的开发而产生,它可分为乳液型、水分散型、水溶性三大类。水性UV固化体系用水取代传统的UV固化体系中的活性稀释剂,解决了由于易挥发有机组分导致的环境污染、刺激性和不安全性等问题,是一种综合了水性体系与UV固化技术优点的结合体。因而,近来得到了广泛关注及快速发展。国内外都相应推出了水性UV固化产品;但是3水性UV固化体系也存在缺点,具体的水性UV体系的特点:(1)用水代替活性稀释剂稀释低聚物,黏度调节容易;VOC及毒性、刺激性等问题得到解决;(2)可用水或增稠剂方便地控制流变性,适用通用的涂布设备,便于喷涂;(3)可实现薄涂层涂布,降低成本;且得到薄膜型固化膜,有利于提高固化膜对底材的附着性;(4)可避免由于使用活性稀释剂所引起的固化膜收缩率;(5)设备、容器等易于清洗;(6)降低了低聚物体系的易燃性;(7)易于得到光固化前的无粘性干膜,涂料用时可堆放和修理,简化防尘操作;(8)固化前干膜的机械刮伤易于修补;(9)可以使用高相对分子质量的低聚物,又不用相对分子质量低的活性稀释剂,从而克服了光固化膜高硬度和高柔韧性不能兼顾的矛盾。缺点:(1)水的高蒸发热(40�6kJ/mol)导致干燥耗能增加,也使生产时间延长,生产效率下降;(2)水的高表面张力(72�8mN/m),不易浸润基材,易引起涂布不均;(3)对颜料润湿性差,影响分散;(4)体系的稳定性相对较差,对pH较为敏感;(5)水的凝固点(0�)较高,在运输和贮存过程中需添加防冻剂;(6)水性体系容易滋生霉菌,需用防霉剂。在许多工业领域中，水性UV固化体系一般由低聚物、光引发剂、助剂和水组成。低聚物是该体系最重要的组成,它决定了固化膜的物理机械性能,如硬度、柔韧性、强度、耐磨性、附着力、耐化学品性等，紫外光固化技术因为其高效、环保和节约能源而广泛应用于涂料、油墨和黏合剂等多个领域,特别是在涂料行业。随着人们对环境的关注,限制和减少挥发性有机物(VOC)排放的法规的制定和实施,光固化涂料因以上诸多优点逐渐代替传统的溶剂型涂料。另一方面,紫外光固化涂料的一般配方包含光引发剂、活性单体及官能低聚物即环氧丙烯酸酯、聚氨酯丙烯酸酯、丙烯酸酯(聚醚或聚酯)和不饱和聚酯。其中,由于作为光固化涂料主要组成部分的合成树脂黏度高,使用时需要加入一定量的活性单体,而活性单体的挥发性又使其成为了潜在的环境污染源。近些年来,在制备紫外光固化涂料的过程中,用“水”来代替活性单体,开发水性光固化树脂已经成为该领域研究的热点。项目组的成员所学专业都是高分子材料与工程专业，而且已经具备了扎实的专业知识，对树脂类聚合物的合成和兴趣有极大地兴趣，都具有一定的实验操作能力。参考文献：[1]康小孟.UV固化聚氨酯丙烯酸酯体系在涂料中的应用及发展,2010,7(2):21-25.[2]罗雪方，赵秀丽，黄奕刚，白战争，刘勇.水性光敏聚氨酯丙烯酸酯的合成与性能研究2008:23(12):43-45.[3]朱荣强,杨敏,李冰.水性聚氨酯丙烯酸酯的合成及其应用.2006,27(2)[4]王萃萃,张彪,戴震,许戈文紫外光固化水性聚氨酯丙烯酸酯的研究进展.2009,87:64-67[5]殷海龙,卿,宁水性聚氨酯丙烯酸酯紫外光固化低聚物研究进展.2011,39(4)二、研究目标（所要达到的主要技术指标等）1、色相要纯、透明度高（透光率90℅以上）。2、游离[-NCO]的测定。采用甲苯二正丁胺法。3、分子量适当、分子量分布要理想。4三、项目方案（包括研究内容、研究方法、实验方案等）研究内容：环氧树脂改性聚氨酯重防腐涂料。具体操作：1.多元醇、HEMA的预处理2h（采用少量的对羟基苯甲醚作为阻聚剂）2.在烧瓶中加入适量的稀释剂和聚醚多元醇进行混合，在适当的温度下（60℃左右）加入MDI，反应若干小时后再加入DMPA。反应异氰酸根浓度达到一定值时再加入HEMA。反应直至异氰酸跟浓度趋于零时观察所的产物是否为无色透明粘稠液体。多元醇、HEMA的预处理聚醚多元醇生成物Ⅰ稀释剂MDIDMPA生成物Ⅱ产物(PUA)HEMA实验方案：5四、项目创新点、特色和解决的关键技术项目创新点、特色：1、用水来代替原来的活性稀释剂，易调节黏度，可解决VOC及毒性、刺激性等问题。2、可适用于各种涂装设备，特别是对喷涂施工更加安全。3、可以实现薄涂层涂布，降低成本。4、涂装设备和容器可以用水性清洗液清洗。5、可以使用相对分子质量高的预低聚物，而不用相对分子质量低的活性稀释剂，克服了传统油性固化涂料高硬度和高柔韧性不能兼顾的矛盾。6、所得产品环保绿色，符合当代的发展要求。项目关键技术：1、前期多元醇、HEMA的预处理时的干燥。2、游离[-NCO]的测定。3、色相要纯、透明度高的把握。4、聚合物的分子量及分子量分布的控制五、项目进度安排（资料查阅、实验方案制定、实验研究、实验数据分析、撰写研究论文和总结报告、结题验收等）11.10——11.22资料查阅，实验方案制定，准备实验仪器；11.23——2.10实验及产品性能检测阶段；2.11——3.1分析数据，撰写论文和总结，结题验收。六、项目实施已具备的条件（已有工作基础，现有主要仪器设备、人员情况等，对项目实施可行性做出评价）前期跟着高年级的做过一些与高分子有关的实验现有少量仪器，有五名成员，一名指导老师。实验具有可行性。实验基础可借鉴性好。七、预期成果（研究论文、申请专利、研制产品、项目鉴定等）研究论文一篇。6八、经费预算序号支出项目金额（元）1实验药品12002实验仪器5003产品检测费用2004实验中其他相关费用100合计2000九、学院审核意见负责人签名：公章年月日十、学校专家组评审意见（含建议经费）专家组成员签名：专家组组长签名：年月日十一、主管部门审批意见主管领导签名：年月日7