摘要
水性聚脲涂料以水作为分散介质，可以满足人们对于环保的需求，但是由于存在亲水性基团，会导致水性聚脲涂料的耐水性、耐热性以及力学性能下降，因此需要对水性聚脲进行改性，提升水性聚脲的性能。本文以聚醚胺D2000、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、2,2-双羟甲基丙酸(DMPA)、乙二胺(EDA)为主要原料合成了系列水性聚脲，并对其用纳米SiO2进行改性，探究了改性水性聚脲的各项性能。利用合成的改性水性聚脲，制备了改性水性聚脲涂料，并研究了其应用价值。本论文主要包含以下几点内容： 首先本文比较了端氨基聚醚合成水性聚脲和聚天冬氨酸酯合成水性聚脲两种方法，最终确定了以聚醚胺D2000、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、2,2-双羟甲基丙酸(DMPA)、乙二胺(EDA)为主要原料合成水性聚脲并且通过实验探讨了聚醚胺和异氰酸酯的比值、水性扩链剂DMPA的用量和是否使用催化剂对于合成水性聚脲性能的影响。对薄膜进行吸水性、耐酸碱性、耐热性以及各种力学性能的测定。最终确定当不加入催化剂时，聚醚胺:异氰酸酯=1:5，水性扩链剂用量为6%时，综合性能最佳。 接下来将未经过表面处理的亲水性纳米SiO2作为改性剂，通过多元胺分散法，利用多元胺空间位阻大，纳米粒子容易分散在多元胺中，将纳米SiO2成功接入聚脲分子链中。随着纳米SiO2含量的增大，聚脲乳液黏度变大，外观逐渐由淡黄透明向深黄泛白转变。当纳米SiO2用量为2%时，涂膜性能最佳，拉伸强度为25.8MPa，断裂伸长率可达到285%，吸水率为15.12%，水性聚脲的热性能整体提升5℃左右。 采用溶胶凝胶法对水性聚脲进行改性，首先IPDI和D2000进行反应，再将水性扩链剂DMPA、小分子扩链剂EDA、硅烷偶联剂3-氨丙基三乙氧基硅烷(KH550)、TEA分别加入到体系中进行反应，最后将纳米SiO2水溶液加入到体系中，经过乳化之后，即可制得纳米SiO2改性水性聚脲。探究了不同纳米SiO2加入量，对于改性水性聚脲各项性能的影响。当纳米SiO2加入量为2%时，综合性能最佳。涂膜的吸水率从30.56%降低到11.12%；拉伸强度先变大后减小最大可以达到29.7MPa，断裂伸长率不断减小；通过TGA表明改性水性聚脲涂膜相比较未改性水性聚脲涂膜热分解温度提高10℃左右。 以溶胶凝胶法制备的最佳纳米SiO2改性水性聚脲为主要成膜物质，与颜填料以及常用涂料助剂经过复配制备了纳米SiO2改性水性聚脲涂料。通过对比条件，最终确定加入成膜物质即改性水性聚脲为65%，选择钛白粉作为颜填料，其含量为20%，加入消泡剂用量为0.15%，润湿分散剂的用量为0.3%，水10%~15%，其他助剂1%。制备的涂膜外观优良，力学性能优异，耐水，耐酸碱性均较好，可以应用于较多的场景，具有较大的应用价值。
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