辐射交联发泡聚丙烯材料的制备与应用.docx
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1、天津大学硕士学位论文辐射交联发泡聚丙烯材料的制备与应用硕士研究生:学号:导 师:申请学位: 学科:所 在 单 位: 答 辩 日 期:授予学位单位:天津大学 Dissertation Submitted to Tian Jin University for the Degree of MasterDISSERTATION TEMPLATE FOR MASTER DEGREE OF ENGINEERING IN SHANGHAI JIAO TONG UNIVERSITYCandidate:Student ID:Supervisor:Academic Degree Applied for:Speci
2、ality:Affiliation:Date of Defence:Degree-Conferring-Institution:、独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果,除了文中特别加以标注和致谢之处外,论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果,也不包含为获得 天津大学 或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名: 签字日期: 年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解 天津大学 有关保留、使用学位论文的规定。特授权 天津大学 可以将学位论
3、文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。(保密的学位论文在解密后适用本授权说明)学位论文作者签名: 导师签名:签字日期: 年 月 日 签字日期: 年 月 日 辐射交联发泡聚丙烯材料的制备与应用摘 要随着水性聚氨酯合成与改性工艺的不断进步,水性聚氨酯的应用也得到了极大地提升,反过来由于水性聚氨酯涂料的优异性能以及其极好的应用前景近些年来有关于水性聚氨酯的合成与改性研究也是如火如荼。本文主要研究了水性聚氨酯的结构与性能、制备,在阻燃剂探讨中分析了阻燃剂的分类、无机阻燃剂;在有机磷阻燃改性
4、水性聚氨酯的研究中,设计了实验过程、进行了性能测试,最后给出了红外光谱分析、预聚体中P含量影响WPU乳液粒径以及极限氧指数及垂直燃烧研究;在对电子标签应用中水性聚氨酯的分析中,探讨了交联型PUA复合乳液、自交联型PUA复合乳液、互穿网络型PUA复合乳液、环氧树脂改性水性聚氨酯乳液,最后就电子标签天线基材中进行了应用研究。研究表明采用FRC-6替代其他小分子二醇扩链剂,能够合成大量的稳定的有机磷阻燃改性的水性聚氨酯;如果P含量保持在一定范围内,那么P含量在预聚体中质量分数的增加同时还会影响PU的热释放速率,即降低热释放量,增大LOI,提高阻燃性能等。如果P的含量在预聚体中的质量分数是端点2.31
5、,且氧指数是28,UL-94V-2级就是垂直燃烧的PU的阻燃性能等级;将DMAc作为溶剂,能够提高预聚体反应效率。如果要得到外观较好的半透明乳液,预聚体中DMBA用量必须控制在5。关键字:水性聚氨酯;预聚体;无机阻燃剂;复合乳液;RFIF基材Based on the electronic product application of halogen free coating preparation researchAbstractAlong with the water-borne polyurethane synthesis and modification technology advan
6、ces, the application of waterborne polyurethane has been greatly increased, which in turn because of the excellent properties of waterborne polyurethane coatings and its good application prospect in recent years about the synthesis of waterborne polyurethane and modification research is also like a
7、raging fire. This paper mainly studied the structure and the properties of the waterborne polyurethane, preparation, in flame retardant agent to discuss the analysis of the flame retardant classification, inorganic flame retardant agent; In the organic phosphorus flame retardant modified waterborne
8、polyurethane study, design the experimental process, the performance test, finally gives the infrared spectral analysis, pre polymers of P content influence WPU emulsion particle size and limit oxygen index and vertical combustion research; In the electronic label application of waterborne polyureth
9、ane in the analysis, this paper discusses the crosslinking type PUA composite emulsion, self-crosslinking PUA composite emulsion, interpenetrating network PUA composite emulsion, epoxy resin modified waterborne polyurethane emulsion, finally the electronic tag antenna base material application resea
10、rch. Research shows that the FRC - 6 to substitute other small molecule glycol chain extension agent, can synthesize more stable organophosphorous flame retardant modification of waterborne polyurethane; If P content to remain in a certain range, then P content in pre polymers in the increase of mas
11、s fraction of at the same time can also affect PU heat release rate, which reduce heat release quantity, increases the LOI, improve the flame retardant performance, etc. If the content of P in the prepolymerization body mass fraction is end 2.31%, and oxygen index is 28%, UL - 94 v - grade 2 is vert
12、ical burning PU flame retarding performance level; Will DMAc as solvent, can improve the efficiency of prepolymerization body reaction. If you need to get appearance translucence emulsion, pre polymers in DMBA dosage must be controlled in 5%. Key words: water-based polyurethane; Pre polymers; Inorga
13、nic flame retardant agent; Composite latex; RFIF base material目 录摘 要IIAbstractIII第一章 绪论71.1 课题来源11.2 国内外研究现状11.3 当前存在的问题21.4 本文研究内容3第二章 水性聚氨酯分析42.1水性聚氨酯制备概述42.1.1水性聚氨酯的合成42.1.2 水性聚氨酯的改性52.2 水性聚氨酯的结构与性能82.3 水性聚氨酯的制备112.4阻燃剂122.4.1阻燃剂的分类132.4.2无机阻燃剂132.5 阻燃剂阻燃的基本原理152.5.1 凝聚相阻燃机理152.5.2自由基捕获机理162.5.3冷
14、却机理162.5.4协同阻燃机理162.6 水性聚氨酯的阻燃的应用研究现状17第三章 有机磷阻燃改性水性聚氨酯193.1 简介193.2 实验过程203.2.1 实验基本材料203.2.2有机磷阻燃改性水性聚氨酯的合成203. 3 性能测试213.3.1胶膜的处理和制造213.3.2红外光谱的检测223.3.3胶膜耐水性的检测223.3.4乳液稳定性测试223.3.5乳液粒径测试223.3.6热重测试223.3.7极限氧指数测试223.4 结果分析223.4.1红外光谱分析233.4. 2预聚体中P的含量影响WPU乳液外观、稳定性及胶膜性能243.4. 3预聚体中P含量影响WPU乳液粒径253
15、.4.4 不同P含量的PU胶膜的热重研究263.4. 5微型燃烧量热研究273.4.6极限氧指数及垂直燃烧研究283.5本章小结29第四章 电子标签应用中水性聚氨酯的分析304.1 简介304.2 电子标签水性聚氨酯的研究背景304.2.1交联型PUA复合乳液304.2.2 自交联型PUA复合乳液314.2.3 互穿网络型PUA复合乳液314.2.4 环氧树脂改性水性聚氨酯乳液314.2.5 聚硅氧烷改性324.2.6纳米材料复合改性324.2.7水性聚氨酯胶粘剂的交联方式324.3 电子标签天线基材中应用研究334.3.1 RFID天线334.4 实验过程334.4.1 原料334.4. 2
16、水性聚氨酯乳液的制备334.4.3 RFID基材的合成344.4.4性能测试和条件344.5 测试344.5.1合成条件344.6影响水性聚氨酯乳液性能的要素354.6.1 DMBA加入形式354.6.2 DMBA用量354.6.3溶剂364.6.4预聚体中和度364.6.5加水量374.6.6固化剂的不同374.7结论38第五章 结论与展望405.1 结论405.2 展望40参考文献41致 谢44攻读硕士期间作者发表论文的情况45第一章 绪论第一章 发泡聚丙烯材料的简介1. 1发泡聚丙烯材料的作用泡沫塑料也叫多孔塑料,它的密度小、吸收冲击载荷性好、隔热性强、隔音效果好、比强度高,因而无论是在
17、生活中还是工业领域中都被大量使用着。目前,泡沫塑料在我们生活中扮演着越来越重要的作用,数据显示,在2004年中,我国泡沫塑料的用量就达到了80万吨。从市场领域来看,泡沫塑料品种中使用最广泛的是:聚氨酯(Pu)泡沫塑料、聚苯乙烯(Ps)泡沫塑料、聚乙烯(PE)泡沫塑料口。然而这些泡沫塑料的力学性能、热学性能差、对环境也有一定的破坏。于是,人们努力寻找能够解决这些难题的高性能的发泡材料。聚苯乙烯泡沫塑料曾经曾经被认为是最好的材料,然而,聚苯乙烯制品的缺陷是废弃物体积大、不腐烂、难回收,我们平时所说的 “白色污染”就是这种材料,因此 1991年欧洲共同体建立了强制性的“包装规则”,限制发泡Ps使用范
18、围,联合国环保组织也积极支持这项决策,并提出在2005年将停止生产和使用发泡Ps。其实,泡沫塑料的种类多种多样,他们有着自己的优缺点,我们只是无法衡量好其中的利害关系,所以我们仍在积极寻找能够结合所有的优点摒弃所有的缺点的泡沫材料。聚氨酯泡沫片材的缺点是,在制备期间会留下一些对人体有害的异氰酸酯,并且发泡的材料无法回收,破坏了环境;聚乙烯泡沫塑料的优点是,抗化学腐蚀性强、吸震性好、燃烧无毒性、易于回收性,但是它还有着缺点,即力学性能比较低,耐热性不高,降解困难,不利于其大量使用;目前,聚丙烯泡沫塑料可以较好的适应人们的要求,和其它泡沫塑料相比,聚丙烯泡沫塑料的优点是力学性能和热性能能够较好的发
19、挥,可回收、可降解有力的保护了环境。因此,聚丙烯泡沫塑料吸引了各国研究者、生产商和消费者的注意力,大量的人力、物力的投入加快了聚丙烯泡沫塑料的研究和开发。聚丙烯发泡材料与其它发泡材料的使用性能、成本和与环境的关系对比的结果如表1.1。在使用性能方面:与其他发泡材料制品相比,聚丙烯发泡材料是一种复合材料,它的性能卓越,是高结晶型聚合物气体,凭借着它独特而优秀的性能使它具有环保、抗压、缓冲、隔热的特点。表1.2为交联聚丙烯与交联聚乙烯发泡材料的性能比较图,从图中我们可以发现,聚丙烯发泡产品热稳定性好,它的热变形温度点较聚乙烯发泡材料来说非常高,最高温度甚至能够达到130,而且因为聚丙烯的玻璃化温度
20、比室温低,着就增加了聚丙烯的抗冲击性能,因此聚丙烯发泡材料抗震吸能性能和形变后恢复性能都是十分优越的,此外聚丙烯泡沫塑料耐性好,热、化学品、油都不能破坏它,拉伸强度和抗冲击强度都比较大,韧性高、微波适应性强、环保且易于回收。这些特点使PP发泡材料在包装、汽车缓冲和隔热材料等领域大量的使用。环境方面:发泡PP属于环保型材料,它主要由热塑性树脂聚丙烯构成,它能够可回收再利用,而且还具有在自然光的照耀下自动分解的功能,因为聚丙烯分子链上具有活泼的a甲基氢原子,“光合作用”时就会产生分子键降解反应。如果再对进行改进还可以增加其对生物降解的特性,这样“白色污染”就得到了解决,环境也得到了保护。因此发泡聚
21、丙烯也可以作为环保型发泡包装制品的材料。生产成本方面:聚丙烯发泡材料可以用生活中常见的挤出设备和二次成型设备进行制备,它的成本小,生产工艺简单,还可以用挤出发泡成型片材进行热成型,发泡PP片材的加工成本是最低的。所以聚丙烯发泡材料的研制成功势必会促进发泡材料的发展,进而改变国内外泡沫塑料市场的现状。12聚丙烯发泡材料的应用和未来发展状况121食品容器及包装在食品容器和包装上,发泡塑料被大量使用着,因为其密度小、重量轻、缓冲作用强,但是它不能循环利用降解也是一大问题。美国环境保护组织宣称,容器和包装已经造成了环境的破坏,相对于其他包装材料,发泡聚丙烯材料的重量轻、隔热性好、硬度高,最主要的是绿色
22、(无毒副作用)无污染,这就间接的解决了食品容器和包装的难题。发泡PP片材在食品包装、肉类包装、托盘、可循环使用的器皿如盘、碟等方面广泛应用,它能够使用抵抗较强的冲击强度,也可在深冷的环境下中使用,触感好,对环境的破坏性小。德国Reifenhauser公司制出了密度为01O59cm3、厚度为l35mm的聚丙烯片材,它主要用于食品或肉类的包装,生产薄壳制品和盘、碟、碗、盒等,其生产的包装盒等产品可以使用绿色标志来确定其环保无公害。日本劳宋公司从1999年5月起也发展了聚丙烯单层发泡片材料产业,它主要用在微波炉加热的各式餐具上,因为安全性好、不易受到热的影响,被用于食品包装容器的制造。美国CSI公司
23、也成立了生产发泡聚丙烯产品的生产线,主要在生产食品包装盒和微波炉用托盘和容器上应用。生产发泡聚丙烯片材的德国OfotecFolien公司表示,聚丙烯发泡盘正在逐渐步入市场,发泡聚苯乙烯模塑盘将会被取代,因为聚丙烯发泡片材的生产可以实现从片材卷取辊上第一次的成型罐装封口装置上再进行第二次成型罐装封口,生产过程一般比较简单。而且聚丙烯发泡片材可以生产占货架较少的容器,符合商家的需求。目前,奥地利PCD聚合物公司、丹麦Borealis公司和许多公司都在致力于发泡聚丙烯材料的研究。随着科技的发展,各种产品都与防震有了联系,所以各种高端产品缺乏防护性,所以对它的保护成为了我们亟待解决的难题。聚丙烯泡沫模
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