脂肪族水性聚氨酯涂料的研制

脂肪族水性聚氨酯涂料的研制

摘 要：采用环氧树脂改性聚氨酯，异佛尔酮二异氰酸酯代替甲苯二异氰酸酯合成出耐候性好的水性聚氨酯树脂。讨论了瓜在温度、催化剂、 NCO 含量及扩链剂等对涂料性能的影响。

关键词：脂肪族聚氨酯涂料；乳液；水性涂料

前言

经过近几年的发展，水性聚氨酯涂料因其环保性和优良的综合性能而越来越受到市场的欢迎。国外和台湾地区的产品也纷纷出现在中国大陆涂料市场。现已形成大陆、台湾地区和国外水性聚氨酯涂料三足鼎立的格局。进口和台湾的产品多为脂肪族聚氨酯涂料，如美国宝立舒公司、台湾怀德公司等的产品耐候性都很好，市场竞争力很强；而国产水性聚氨酯涂料多为芳香族，耐候性很差，在户外使用受到限制。我们在研制并投入生产水乳型环氧树脂改性芳香族聚氨酯树脂 [1] 的基础上，又研制出脂肪族水性聚氨酯树脂，产品在安徽黄山永佳安大创新中心中试生产，性能达到国外产品性能指标，使我国水性涂料又增加了一个新品种。

实验部分

2.1 ．原料

聚醚多元醇，工业品，羟值 110 ± 10 mgKOH/g ；环氧树脂，工业品，羟值 170 ± 15 mgKOH/g ；一缩二乙二醇，工业品，含量≥ 98% ；异佛尔酮二异氰酸酯，工业品，进口；二羟甲基丙酸，工业品，进口；异佛尔酮二胺，工业品，进口；二乙烯三胺、四乙烯五胺，工业品，进口；三乙胺，工业品，含量≥ 99% ；聚氮吡啶，工业品，进口。

2.2 ．合成工艺

将聚醚多元醇在 120 ℃、 0.003 mPa 下脱水 0.5 h ；降温到 40 ℃，加入异佛尔酮二异氰酸酯、催化剂，60 ℃反应 4 h ；加入环氧树脂、二羟甲基丙酸， 60 ℃反应 2 h ；加入一缩二乙二醇、少量丙酮，回流反应6 h ；冷却至 40 ℃以下，转入高速分散机，加入三乙胺成盐后加水乳化，再加入胺扩链，低速搅拌 5 min ，脱溶，加助剂，制得脂肪族水性聚氨酯。

2.3 ．性能测试

2.3.1 ．抗强强度和断裂伸长率的测试

乳液的外观、固含量、 pH 等按相应国标测定。在 20cm × 20cm × 2mm 的聚四氟乙烯容器中倒入脂肪族水性聚氨酯树脂，室温干燥后，在 80 ℃鼓风干燥箱内干燥 2h ；常温放置过夜后裁成哑铃状试样，在 LJ-1000 型拉力试验机上，以 100mm/min 速度测定其抗张强度和断裂伸长率。

2.3.2 ．耐紫外光性能的测试

选择光强 80W/cm 中压汞灯，距离 15cm ，光照 144h 后与标准样板对照，测得其黄变等级。

2.3.3 ．涂料涂层性能的测试 许戈文，熊潜生，戴家兵，王彤 （安徽大学化学化工学院，安徽合肥， 230039 ）

因国内尚无水性聚氨酯涂料及涂层性能的测试标准，故采用相应溶剂型聚氨酯涂料的标准，结合一些水性涂料的特性加以测试，其结果如下：

产品外观

粘度（涂 -4 杯） /s

固含量 /%

干燥时间（ 25 ℃） /h

最低成膜温度 / ℃

光泽（ 60 o）

附着力（划格法） / 级

耐冲击性 /cm

柔韧性 /mm

铅笔硬度

耐磨性（ 750g/500 转） 半透明带蓝玉色液体 11.6 35 <1 8.7 95 1 50 1 2H 0.01

耐水性（ 25 ℃， 48h ） 无发白

耐醇性（ 50% 乙醇， 8h ） 微发白，干后恢复

耐紫外光老化（ 144 h ）

结果与讨论

3.1 ．反应温度与性能的关系

异佛尔酮二异氰酸酯（ IPDI ）等脂肪族异氰酸酯系列的反应活性比甲苯二异氰酸酯（ TDI ）等芳香族异氰酸酯系列的反应活性低 [2] 。原则上， IPDI 与活泼氢化合物的反应温度应更高。但实际上，要利用 IPDI 上两个— NCO 反应活性的差别来合成分子规整性更好的聚氨酯，树脂就必须采用低温、长时间工艺。我们采用不同的反应温度来合成脂肪族水性聚氨酯树脂，分别测试其相关性能，见表 1 。

表 1 反应温度与树脂性能的关系

反应温度 / △ E （耐紫树脂粘度粒子粒度膜抗张强度

℃

40

60

80

90

100 外光 144h ）/mPa.s / μ m /MPa 0.8 0.8 1.5 2.0 2.8 1.32 1.36 1.39 1.61 1.86 15 20 22 35 53 37 37 37.5 40 42 △ E<2

由表 1 可见，随着反应温度的提高，其耐紫外光性能下降，树脂粘度提高，粒子粒度增大，抗张强度增大，这是因为随着聚合反应温度的提高， IPDI 上两个— NCO 的反应活性接近，导致预聚物分子规整性降低，也就是硬 / 软段比例分布不均匀；反应温度提高，使得环氧断裂几率增大，聚合物支化度相应增大，这些因素造成涂层耐老化性能下降 [3] ；聚氨酯树脂支化度增大，其树脂粘度提高，水溶性下降，粒子粒度增大。所以，降低聚合反应温度有利于提高脂肪族水性聚氨酯树脂的综合性能（方案设计中，环氧键在干燥固化时

本体系而言，最佳聚合反应温度为 60 ℃。

3.2 ．催化剂与性能的关系

20 ℃条件下如果不加催化剂， IPDI 与羟基化合物完全反应的时间约需 8 天。因此，在 IPDI 与羟基化合物反应中，必须加入催化剂以加速反应进行。我们选择了不同的催化剂在 60 ℃， NCO/OH 为 2.0 条件下催化 IPDI 与聚醚的反应，结果见表 2 。

表 2 催化剂种类与反应条件的关系

催化剂种类

辛酸亚锡 用量 /% 反应时间 /h 0.05 6

7

8

粘度 /mPa.s 2.02 1.36 2.62 2.85 2.64 二月桂酸二丁基锡 0.05 N,N- 二甲氨基乙醇 0.05 辛酸亚锡 + …… 此处隐藏：1503字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……