一种低烟密度柔性涂料的性能研究【字数：11348】
摘 要此次研究的主要原料是聚酯多元醇和异佛尔酮二异氰酸酯，加入亲水性二羟甲基丙酸（DMPA）作为扩键剂，合成一系列水性聚氨酯（WPU）乳液，将其制成膜状，将其放上测试机器测试它的拉伸性能、同时也将一部分涂于PU革上，对产品的耐磨和烟密度性能进行测试，获得测试数据进行对比分析。经过对比分析，当配方比例趋于一个最佳值，聚氨酯PU弹性体拉伸强度和最大伸长率趋于极值，拉伸强度可以达到25.498 MPa，最大力伸长率可以达到1156.371%。聚酯多元醇改性水性聚氨酯增加了材料成炭量，减少了可燃性逸出物的生成，达到抑烟的效果。研究出来的涂料将在社会安全、生产活动中提供新的创新思路，推进生产的稳步进行，同时也使相关行业的产品品质提高到一个新的水准。
Keywords: polyester polyol; synthesis; performance study 目录
1 绪论 1
1.1 研究背景 1
1.2 研究现状 2
1.3 研究目的和方法 3
2 实验方法 3
2.1 实验目的 3
2.2 实验原料 4
2.3 样品的制备 5
2.4 实验安全操作步骤 7
2.4.1 拉伸测试 7
2.4.2 耐磨测试 8
2.4.3 烟密度测试 10
3 柔性涂料的安全性能研究 11
4 柔性涂料的烟密度特性研究 16
5 结论 20
参考文献 21
致 谢 23
绪论
研究背景
采用水性聚氨酯制备的涂料和用剂在纺织、建筑、皮革和汽车工业等生产领域得到广泛的使用，这得益于它成膜容易并且强度可观、无毒无害、耐刮耐磨的优点。加之是以水作为介质，成本廉价、数量充足且供源稳定，同时也满足低碳环保低排放的要求。最重要的是水可以和有机溶剂融合并且不影响溶剂的性质，保证产品的的性能，所以制备出来的成膜质量好、成本低，广受社会的欢迎[1][2][3]。主要应用在以下几个方面：
汽车涂料 在我国，汽车工业正处在蓬勃发展的时期，对汽车涂料的需求会越来越大。考虑到现代环保社会的发展要求，水性涂料将会是 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
汽车涂料未来发展的必然趋势。水性聚氨酯可用于底漆、中间漆、面漆、清漆和修补漆等相关的汽车漆。在欧美等发达国家，50%以上的汽车涂料已经完成由传统漆向新型车漆的普及，底漆和中间漆的水性化程度更是斩下新高。并且日本在这一方面已经完成了相当的研究工作，有一些项目甚至已经申请了专利或者已经应用到生活生产当中。
皮革涂饰剂[4] 因为聚氨酯树脂优越的柔韧性和耐磨性，非常适合作为天然革和人造革的包衣剂和伤口修补剂。水性聚氨酯涂饰剂克服了丙烯酸乳液涂饰剂“热粘冷脆”的缺点。它处理过的皮革手感柔软、滑、丰满、光亮，真皮仿真效果非常好。同时也能很大地提高了皮革产品的档次，增强市场竞争力。
织物涂层 水性聚氨酯可作为各种编织物品的涂层剂，例如帆布、服装织物和输送带涂层。
纤维处理剂棉纤维 纤维处理剂棉纤维化学纤维经过聚氨酯乳液稀溶液的折叠、脱水、热处理后，可大幅提高手感、抗皱性以及防缩性[5]。
塑料涂层尼龙、ABS等表面涂层。
地板涂料 水性聚氨酯可以用于体育馆、室内木地板涂料、混凝土地板涂料，具有耐磨、耐冲击、光泽度好等优点[6]。
防水阻燃皮革类涂料是以水性聚氨酯共聚物和三水氧化铝和氧化石蜡协同阻燃剂为基础的新型涂料。用于天然煤织物、混纺棉织物、纸制品、木制品的涂层，具有良好的防水阻燃类皮效果。
研究现状
水性聚氨酯( WPU)虽然制备成本低、环保无污染[7][8]，但是就制成的涂膜而言，水性聚氨酯又存在着耐水、耐溶剂性差、硬度低、表面缺少光泽的缺点，没有溶剂型聚氨酯性能好，需要进行必要的改进才能提高其性能特效[9]。在性能改进中用的最多的材料就是环氧树脂。它具有着化学稳定性高、绝缘性良好、成本低廉等优点。在进行反应的时候，会将环氧树脂中的羟基进行共聚，从而改进产品的性质[10]。据我们了解到，现在国内外有许多在使用环氧树脂对水性聚氨酯树脂进行改性方面的研究，但是也只是基于实践和实验得到的一些性质和数据，对于其中的机理的探索研究就很少了，特别是针对经过改良后环氧基团对水性聚氨酯乳液的稳定性和其他性能的影响的研究更是少有提及[11]。
聚氨酯(PU)是一类用途非常广泛的高分子材料，适用于橡胶、塑料、涂料和各种高温隔热产品的加工和制造，具有稳定的物理、化学性能，并且容易进行加工，成形稳定，成本低，在全球很多的产业中都大量使用，因为市场的需求如此之大，在PU的产量上每年都会突破1000万吨，是世界最为广泛应用的基础材料之一[12][13]。但是没有经过加工处理的PU是很危险的，遇到明火或者高温容易分解释放出大量的有毒物质，对生产人员和环境会造成一定的安全威胁，相关部门和生产单位在PU污染和危险的防治上要加大重视力度。在科学研究领域，低烟低污染的PU也越来越成为当代PU研究的热点[14]。
随着环保意识的不断提高，21世纪世界涂料工业正走上“水性”、“无溶剂”、“绿色”发展的快车道。水性聚氨酯防腐涂料因为它优秀的物理、化学性能，成为最常用的防腐涂料。在容易老化生锈或者容易被酸碱腐蚀的产品是卓有成效，成为水性反渗透领域的领军人物——防腐层[15]。但是，以水为分散剂和亲水性基团的水性聚氨酯在耐水性和交联密度方面却逊于溶剂型聚氨酯，基材因此难以融合防腐因素，导致整体防腐性能下降。
研究目的和方法
高分子材料一般不耐热，一接触高温、明火就会燃烧，产生很多有毒有害的物质。所以在生产和研究过程中，要对聚氨酯制品进行一定的阻燃措施，最常用的阻燃添加剂就是磷酸酯，磷酸酯有很多的种类，阻燃性能优良，但是它又是一把双刃剑，使用过程中要注意使用的剂量，剂量过大会导致聚氨酯软化，导致生产无法正常进行。
磷酸二甲酯是一种无卤低粘度液体添加剂阻燃剂[16]。它具有良好的阻燃性能，在反应中需要的用量很少，并且市场量大成本低，同时具有着降低粘度和阻燃的双重效果。一般的含卤阻燃剂分解温度不高，接触的温度到达或者超过临界值会导致稳定性大幅下降，阻热效果会随着温度的增加越来越小。但是磷酸二甲酯的分解温度大于187℃，在热稳定性方面是远胜于含卤阻燃剂的。它不仅可以用在硬质的聚氨酯制品上，也可以用在软质的聚氨酯泡沫塑料上。值得注意的是，聚氨酯材料和环氧树脂材料的添加剂使用量要求在3%15%之间，所以磷酸二甲酯并不适用于组合材料的预配添加，而是应该添加在发泡生产之前[17][18]。
Keywords: polyester polyol; synthesis; performance study 目录
1 绪论 1
1.1 研究背景 1
1.2 研究现状 2
1.3 研究目的和方法 3
2 实验方法 3
2.1 实验目的 3
2.2 实验原料 4
2.3 样品的制备 5
2.4 实验安全操作步骤 7
2.4.1 拉伸测试 7
2.4.2 耐磨测试 8
2.4.3 烟密度测试 10
3 柔性涂料的安全性能研究 11
4 柔性涂料的烟密度特性研究 16
5 结论 20
参考文献 21
致 谢 23
绪论
研究背景
采用水性聚氨酯制备的涂料和用剂在纺织、建筑、皮革和汽车工业等生产领域得到广泛的使用，这得益于它成膜容易并且强度可观、无毒无害、耐刮耐磨的优点。加之是以水作为介质，成本廉价、数量充足且供源稳定，同时也满足低碳环保低排放的要求。最重要的是水可以和有机溶剂融合并且不影响溶剂的性质，保证产品的的性能，所以制备出来的成膜质量好、成本低，广受社会的欢迎[1][2][3]。主要应用在以下几个方面：
汽车涂料 在我国，汽车工业正处在蓬勃发展的时期，对汽车涂料的需求会越来越大。考虑到现代环保社会的发展要求，水性涂料将会是 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
汽车涂料未来发展的必然趋势。水性聚氨酯可用于底漆、中间漆、面漆、清漆和修补漆等相关的汽车漆。在欧美等发达国家，50%以上的汽车涂料已经完成由传统漆向新型车漆的普及，底漆和中间漆的水性化程度更是斩下新高。并且日本在这一方面已经完成了相当的研究工作，有一些项目甚至已经申请了专利或者已经应用到生活生产当中。
皮革涂饰剂[4] 因为聚氨酯树脂优越的柔韧性和耐磨性，非常适合作为天然革和人造革的包衣剂和伤口修补剂。水性聚氨酯涂饰剂克服了丙烯酸乳液涂饰剂“热粘冷脆”的缺点。它处理过的皮革手感柔软、滑、丰满、光亮，真皮仿真效果非常好。同时也能很大地提高了皮革产品的档次，增强市场竞争力。
织物涂层 水性聚氨酯可作为各种编织物品的涂层剂，例如帆布、服装织物和输送带涂层。
纤维处理剂棉纤维 纤维处理剂棉纤维化学纤维经过聚氨酯乳液稀溶液的折叠、脱水、热处理后，可大幅提高手感、抗皱性以及防缩性[5]。
塑料涂层尼龙、ABS等表面涂层。
地板涂料 水性聚氨酯可以用于体育馆、室内木地板涂料、混凝土地板涂料，具有耐磨、耐冲击、光泽度好等优点[6]。
防水阻燃皮革类涂料是以水性聚氨酯共聚物和三水氧化铝和氧化石蜡协同阻燃剂为基础的新型涂料。用于天然煤织物、混纺棉织物、纸制品、木制品的涂层，具有良好的防水阻燃类皮效果。
研究现状
水性聚氨酯( WPU)虽然制备成本低、环保无污染[7][8]，但是就制成的涂膜而言，水性聚氨酯又存在着耐水、耐溶剂性差、硬度低、表面缺少光泽的缺点，没有溶剂型聚氨酯性能好，需要进行必要的改进才能提高其性能特效[9]。在性能改进中用的最多的材料就是环氧树脂。它具有着化学稳定性高、绝缘性良好、成本低廉等优点。在进行反应的时候，会将环氧树脂中的羟基进行共聚，从而改进产品的性质[10]。据我们了解到，现在国内外有许多在使用环氧树脂对水性聚氨酯树脂进行改性方面的研究，但是也只是基于实践和实验得到的一些性质和数据，对于其中的机理的探索研究就很少了，特别是针对经过改良后环氧基团对水性聚氨酯乳液的稳定性和其他性能的影响的研究更是少有提及[11]。
聚氨酯(PU)是一类用途非常广泛的高分子材料，适用于橡胶、塑料、涂料和各种高温隔热产品的加工和制造，具有稳定的物理、化学性能，并且容易进行加工，成形稳定，成本低，在全球很多的产业中都大量使用，因为市场的需求如此之大，在PU的产量上每年都会突破1000万吨，是世界最为广泛应用的基础材料之一[12][13]。但是没有经过加工处理的PU是很危险的，遇到明火或者高温容易分解释放出大量的有毒物质，对生产人员和环境会造成一定的安全威胁，相关部门和生产单位在PU污染和危险的防治上要加大重视力度。在科学研究领域，低烟低污染的PU也越来越成为当代PU研究的热点[14]。
随着环保意识的不断提高，21世纪世界涂料工业正走上“水性”、“无溶剂”、“绿色”发展的快车道。水性聚氨酯防腐涂料因为它优秀的物理、化学性能，成为最常用的防腐涂料。在容易老化生锈或者容易被酸碱腐蚀的产品是卓有成效，成为水性反渗透领域的领军人物——防腐层[15]。但是，以水为分散剂和亲水性基团的水性聚氨酯在耐水性和交联密度方面却逊于溶剂型聚氨酯，基材因此难以融合防腐因素，导致整体防腐性能下降。
研究目的和方法
高分子材料一般不耐热，一接触高温、明火就会燃烧，产生很多有毒有害的物质。所以在生产和研究过程中，要对聚氨酯制品进行一定的阻燃措施，最常用的阻燃添加剂就是磷酸酯，磷酸酯有很多的种类，阻燃性能优良，但是它又是一把双刃剑，使用过程中要注意使用的剂量，剂量过大会导致聚氨酯软化，导致生产无法正常进行。
磷酸二甲酯是一种无卤低粘度液体添加剂阻燃剂[16]。它具有良好的阻燃性能，在反应中需要的用量很少，并且市场量大成本低，同时具有着降低粘度和阻燃的双重效果。一般的含卤阻燃剂分解温度不高，接触的温度到达或者超过临界值会导致稳定性大幅下降，阻热效果会随着温度的增加越来越小。但是磷酸二甲酯的分解温度大于187℃，在热稳定性方面是远胜于含卤阻燃剂的。它不仅可以用在硬质的聚氨酯制品上，也可以用在软质的聚氨酯泡沫塑料上。值得注意的是，聚氨酯材料和环氧树脂材料的添加剂使用量要求在3%15%之间，所以磷酸二甲酯并不适用于组合材料的预配添加，而是应该添加在发泡生产之前[17][18]。
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