Разработка экологически эффективной полиуретановой дисперсии для водостойких покрытий

• Автор: Мищенко, Алексей Александрович
• Шифр специальности: 05.17.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Владимир
• Количество страниц: 144 с. : ил.

Оглавление
Введение

1. Литературный обзор

1Л. Полиуретановые эластомеры

1.2. Прочностные свойства полиуретановыхэластомеров

1.3. Методы синтеза водных полиуретановых дисперсий

1.4. Прочностные свойства покрытий из водных полиуретановых дисперсий

1.5. Вязкость водныхполиуретановых дисперсий

2. Объекты и методы исследования

2.1. Объекты исследования

2.1.1. Изоцианаты

2.1.2. Полиэфиры
2.1.3. Удлинители цепи
2.1.4. Эмульгатор и нейтрализующий агент
2.2. Методы исследования
2.2.1. Синтез полиуретановых эластомеров
2.2.2. Методика получения эластомерныхпленок
2.2.3. Синтез водных полиуретановых дисперсий
2.2.4. Методика получения пленок из водных дисперсий
2.2.5. Гель-проникающая хроматография
2.2.6. Инфракрасная спектроскопия
2.2.7. Динамическое рассеяние света
2.2.8. Физико-механические испытания
2.2.9. Определение кажущейся вязкости по Брукфильду
2.2.10. Измерение водопоглощения пленок

2.2.11. Измерение содержания нелетучих веществ
3. Разработка методики синтеза полиуретановых эластомеров
3.1. Выбор параметров синтеза полиуретановых предполимеров ^
3.2. Выбор параметров синтеза полиуретановых эластомеров
3.3. Реакции постотверждения
4. Физико-механические свойства полиуретановых эластомеров
4.1. Сравнение эластомеров на основе «традиционного» и ОМС-
полиэфиров
4.2. Влияние ММ полиэфира
4.3. Циклические испытания
5. Водные полиуретановые дисперсии на основе ОМС-полиэфиров... дд
5.1. Синтез гидрофилизированных полиуретановых предполимеров. дд
5.2. Основные параметры синтеза водных полиуретановых
дисперсий
6. Практическое использование результатов диссертационной работы ^ | ^
6.1. Технология получения полиуретановой дисперсии на основе
ОМС-полиэфиров
6.2. Практическое использование разработанной дисперсии
Выводы
Библиографический список
Приложения

Ведение
Устойчивый интерес к водно-дисперсионным системам определяется жесткими законодательными нормами, принятыми в США и Европе, по вопросам регулирования содержания органических растворителей в рецептурах лакокрасочных материалов, клеев и герметиков [1]. В связи с этим в последние два десятилетия проводятся работы по созданию рецептур экологически эффективных водных полиуретановых дисперсий (ПУД), не содержащих органических растворителей, так называемые «solvent-free» дисперсии [2].
В настоящее время качество покрытий, получаемых из ПУД, не уступает, а в некоторых случаях превосходит органоразбавляемые аналоги. Высокие потребительские характеристики покрытий на водной основе позволили им проникнуть в области, ранее для них недоступные, например, такие как покрытия для автомобильной промышленности [3].
ПУД представляет собой стабильную коллоидную систему. В качестве дисперсионной среды в такой системе выступает вода, а в качестве дисперсионной фазы - полиуретанмочевины. Для стабилизации дисперсии полиуретанмочевин в воде на стадии синтеза предполимера в его цепочку вводят гидрофильные группы, как ионного (анионные или катионные), так и неионного типа.
В литературе описаны, в основном, два способа синтеза ПУД, а именно:
предполимерный [4, 5] и ацетоновый [6, 7]. В этих способах дисперсию
получают в две стадии: на первой стадии синтезируют полиуретановый
предполимер по реакции полиизоцианатов с полиолами, на второй стадии
производят диспергирование предполимера в воде с последующим его
удлинением полиаминами в водной фазе. При этом оба способа имеют один
общий недостаток: необходимость введения значительного количества
растворителя в синтезе предполимера для снижения его вязкости. В
предполимерном способе используют высококипящие растворители, такие как
N-метилпирролидон [8-10] (в количестве до 30 масс. %), которые остаются в
конечном продукте. В ацетоновом способе используют низкокипящие

показано, что с увеличением изоцианатного индекса средний размер частиц возрастал от 40,2 до 95,7 нм, прочность на разрыв возрастала от 150 до 320 кгс/см2, а относительное удлинение при разрыве уменьшалось от 800 % до 400 %. Авторы также показали, что увеличение соотношения N00/014 от 1,2 до 1,8 приводит к росту средней ММ полученных аниономеров от 30000 до 170000. Изменение прочностных характеристик и рост ММ ГТУ авторы объяснили увеличением содержания свободных изоцианатных групп. В работе оставили без внимания тот факт, что при изменении соотношения реагентов (увеличении концентрации триола) увеличивается средняя функциональность предполимера, что соответственно приводит к получению большей ММ ПУ при меньших степенях конверсии.
В работе [95] было продолжено исследование ПУ иономеров, описанных в работе [94]. Было показано влияние природы удлинителя цепи на прочностные свойства покрытий из ПУД при соотношении УС О/ОН = 1,8. В качестве удлинителей цепи использовались этилендиамин, 1,4-бутандиамин и 1,6-гександиамин. Авторы установили, что с увеличением длины углеводородного радикала удлинителя цепи прочность на разрыв уменьшается с 200,34 кгс/см2 до 105 кгс/см2, а относительное удлинение при разрыве увеличивается от 610 до 800 %.
В работе [96] были синтезированы по предполимерной методике водные ПУД на основе ППГ с ММ 1468, 2464 и смеси 1468/2464 (50/50), ДМПК и ГМДИ. В исследовании были изготовлены три серии дисперсий: без растворителя, с добавлением 10 % растворителя в предполимер и добавлением растворителя в готовую дисперсию. В качестве растворителя использовался ацетон, нейтрализующего агента - ТЭ А, а удлинителя цепи - гидрат гидразина. Были изучены физико-механические свойства покрытий из ПУД в зависимости от изменения ММ полиэфира и изоцианатного индекса, а также способа введения растворителя. Было показано, что при увеличении изоцианатного индекса от 1,5 до 2,3 прочность на разрыв для всех образцов увеличивается, а относительное удлинение при разрыве уменьшается. При постоянном значении