弹性聚氨酯耐磨涂层的研究-化学工艺专业论文.docxVIP

STUDY OF STRETCH POLYURETHANE COATING WITH WEARLESSNESS A Dissertation submitted in fulfillment of the requirements of the degree of MASTER OF PHILOSOPHY from Shandong University of Science and Technology by Guo Lei Supervisor: Professor Shao Qian College of Chemical and Environmental Engineering May 2009 声 明 本人呈交给山东科技大学的这篇硕士学位论文，除了所列参考文献和世所 公认的文献外，全部是本人在导师指导下的研究成果。该论文资料尚没有呈交 于其它任何学术机关作鉴定。 硕士生签名： 日 期： AFFIRMATION I declare that this dissertation, submitted in fulfillment of the requirements for the award of Master of Philosophy in Shandong University of Science and Technology, is wholly my own work unless referenced of acknowledge. The document has not been submitted for qualification at any other academic institute. Signature: Date: 山东科技大学硕士学位论文摘要 山东科技大学硕士学位论文 摘要 PAGE PAGE 1 摘要 磨损具有经常发生和不可避免性，磨损在国民经济中造成的损失相当惊人，因此研 究磨损和不断发展新的耐磨材料是一项永远值得探讨的课题。涂层技术是一种常用的表 面处理技术，对减小摩擦损失效果显著。耐磨涂层所用树脂主要分为三类，即环氧树脂 类，聚氨酯树脂类、有机硅树脂类及各自的改性物。在所有耐磨树脂中环氧耐磨树脂的 开发较多，耐磨性能最好的是聚氨酯，特别是弹性聚氨酯。 聚氨酯合成反应的主要机理是采用大分子多元醇、小分子多元醇和二异氰酸酯发生 加聚反应，生成含长链和短链基团的氨基甲酸酯分子，构成聚氨酯涂料中的软段和硬段。 多元醇的醇羟基数目越多、分子量越小，则聚合后形成涂料越硬，热稳定性越高，反之 则越软。另外过量异氰酸酯基团会发生自聚，形成交联和环状结构，使耐磨性增强。一 般通过加热发生固化，也有采用湿气固化方式，即涂覆后通过空气中的水汽与异氰酸酯 基团发生反应达到交联固化，涂覆工艺以浸涂和流涂为主。 本课题采用比较研究的方法，合成三种弹性聚氨酯涂料，即聚己二酸乙二醇型、聚 四氢呋喃型、聚己内酯型，确定最佳的制备工艺： 原料质量配比为二元醇∶TDI∶MOCA=8:2:1(以聚己内酯聚氨酯为例)；溶剂为环己 酮、二甲苯，比例为 1:1，溶剂用量与原料比为 1:1(根据黏度要求做适当的调整)；起始 反应温度为 60℃，中速搅拌，尽量避免带入气泡；自然升温至 75～80℃，保温反应 90～ 120 分钟；扩链剂为 MOCA，为了降低 MOCA 的污染，MOCA 采用溶解法加入，用丙 酮作为溶剂，用玻璃棒搅拌加速溶解；固化温度控制在 80～120℃为宜，时间在 48 小时 左右。 对三种聚氨酯涂层的各项性能进行测试，通过研究发现：聚己内酯型聚氨酯涂层的 硬度最大，聚己内酯聚氨酯的硬段含量对硬度影响最大，硬段含量的增加会引起硬度的 增加，硬度的增加在一定范围内有助于耐磨性的提高；硬段含量大于 40%时，涂层的柔 韧性很低，涂层硬且脆，不能符合要求；而硬段含量越高，预聚体中 NCO 含 量 越 高 ， 预聚体的 NCO 含量不应超过 7%，按照一般情况，硬段含量不能超过 28～29%。三种聚 氨酯中，聚己内酯聚氨酯的耐磨性能最好，这可以通过金相显微镜得到进一步证明。 另外，通过红外、金相显微扫描、力学性能测试仪、扫描电镜、TGA 等 表 征 手 段 ， 讨论聚氨酯涂层的耐磨性与其结构之间的关系，以便为提高聚氨酯涂层的耐磨性提供一 些参考；同时粗浅地讨论一下磨损行为及磨耗机理。 关键词：聚己二酸乙二醇，聚四氢呋喃，聚己内酯，聚氨酯，耐磨，涂层 Abstract Wear is frequent and inevitable, and wear losses in the national economy is staggering. The study on wear and the cont