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以聚四氫呋喃二醇(PTMG-1000)、異佛爾酮二異氰酸酯(IPDI)、甲苯(文章來源環(huán)球聚氨酯網(wǎng))2，4-二異氰酸酯(TDI)為主要原料，二羥甲基丙酸(DMPA)為親水性擴(kuò)鏈劑，1，4-丁二醇(BDO)和乙二胺(EA)為小分子擴(kuò)鏈劑，在不同條件下制備了系列水性聚氨酯分散體并制備膠膜。通過對膠膜硬度、吸水率以及附著力等的研究，分析分子結(jié)構(gòu)及分散條件對乳液穩(wěn)定性和膠膜性能的影響。

關(guān)鍵詞：水性聚氨酯;乳液穩(wěn)定性;硬度;耐水性

水性涂料是以水為分散介質(zhì)的一類涂料，具有不燃、無毒、不污染環(huán)境、節(jié)省能源和資源等優(yōu)點(diǎn)。水性聚氨酯涂料涂膜的硬度高、附著力強(qiáng)、耐磨蝕、耐溶劑性好，且性能方便可調(diào)。采用分子設(shè)計(jì)原理，結(jié)合新的合成和交聯(lián)技術(shù)，有效控制涂膜聚合物的組成和結(jié)構(gòu)，制備穩(wěn)定、漆膜性能優(yōu)異的水性聚氨酯是當(dāng)今涂料界研究的熱點(diǎn)[1-4]。本文以聚四氫呋喃二醇、異佛爾酮二異氰酸酯、甲苯2，4-二異氰酸酯為主要原料，二羥甲基丙酸為親水性擴(kuò)鏈劑，1，4-丁二醇和乙二胺(EA)為小分子擴(kuò)鏈劑，按不同配比合成了系列水性聚氨酯分散體，通過對涂料穩(wěn)定性和成膜物性能的測試分析來研究合成配方以及分散條件等因素對水性聚氨酯性能的影響。

1試驗(yàn)部分

1.1原料

甲苯-2，4-二異氰酸酯(TDI)，天津瑞金特化學(xué)品有限公司，分析純;異佛爾酮二異氰酸酯(IPDI)、1，6-己二異氰酸酯(HDI)、2，2-雙羥甲基丙酸(DMPA)、聚四氫呋喃二醇(PTMG-1000)，青島新宇田化學(xué)品有限公司，化學(xué)純工業(yè)品;丙酮，分析純試劑，分子篩除水;二丁基二月桂酸錫(DBTL)、三乙胺(TEA)、乙二胺(EA)和1，4-丁二醇(BDO)，均為分析純試劑。

1.2試驗(yàn)儀器

自動(dòng)控溫水浴反應(yīng)裝置SD-202，鄭州預(yù)華實(shí)驗(yàn)儀器廠;QFZ-Ⅱ型漆膜附著力試驗(yàn)機(jī)，天津材料試驗(yàn)機(jī)廠;DZF-6020型真空干燥箱，上海博迅實(shí)業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠;QHQ-A型便攜式鉛筆劃痕試驗(yàn)機(jī)，天津市中亞材料試驗(yàn)機(jī)廠。

1.3原料的預(yù)處理

TDI：減壓蒸餾，放于干燥器中備用;DMPA：真空干燥箱中于80℃真空干燥2h，然后置于干燥器中備用;丙酮：分子篩干燥;DBTL：分別配成0.1%和0.5%的丙酮溶液密封于棕色瓶中并置于陰涼處備用。

2水性聚氨酯分散體的制備

2.1合成配方

WPU-IT水性聚氨酯配方見表1;WPU-TDI和WPU-IPDI水性聚氨酯配方見表2。

表1WPU-IT水性聚氨酯配方

表2WPU-TDI和WPU-IPDI水性聚氨酯配方

2.2合成路線

合成路線見圖1。

圖1合成路線

2.3水性聚氨酯基體用樹脂的合成步驟

⑴預(yù)先烘干試驗(yàn)儀器，將聚合反應(yīng)的油浴溫度控制在80℃，通氮?dú)狻?/p>

⑵稱量一定量的PTMG-1000、TDI或IPDI等原料，加入到三口燒瓶中，同時(shí)注意觀察瓶內(nèi)反應(yīng)溫度的變化并記錄，在必要條件下(約0.5h內(nèi)當(dāng)所記錄的反應(yīng)溫度未出現(xiàn)明顯的峰值變化時(shí))滴加一定量的催化劑DBTL，記錄試驗(yàn)溫度，攪拌轉(zhuǎn)速控制在280r/min。

⑶向反應(yīng)釜中投入定量的DMPA及反應(yīng)溶劑丙酮進(jìn)行擴(kuò)鏈封端反應(yīng)，反應(yīng)溫度為60℃，攪拌轉(zhuǎn)速為280r/min。

2.4乳液的分散

稱量一定量的聚氨酯基體用樹脂，將其投入250mL的四氟乙烯材料燒杯中，用過量5%的三乙胺中和，并用丙酮調(diào)節(jié)到特定的固體含量，保持設(shè)置的轉(zhuǎn)速，并在不同的分散溫度條件下以不高于50mL/h的速率將去離子水滴入乳液相中進(jìn)行乳化。滴加完去離子水后，立即加入相應(yīng)量的擴(kuò)鏈劑，并使其在強(qiáng)烈的攪拌下充分地?cái)U(kuò)鏈均勻(約10min)，得到聚氨酯乳液。

2.5漆膜的制備

首先將準(zhǔn)備好的鐵板用砂紙打磨掉其表面的金屬鍍層，用去離子水清洗2遍，用吹風(fēng)機(jī)吹干，再放入干燥箱中充分干燥后取出。取一定量的乳液在處理過的鐵板上流涎成膜，待表干后放入烘箱中，在120℃下焙烘90min，常溫下靜置1周即得所需的膜。

2.6性能測試

2.6.1乳液粒徑測定

用英國Malvern公司的Zetasizer3000HSA型激光力度分析儀測定。

2.6.2乳液膜耐水性測試

取一定量的聚氨酯乳液注入模具中，使其形成厚度為2mm的乳液層，然后在80℃的鼓風(fēng)干燥機(jī)中固化5h，使其形成充分干燥的膠膜，稱量(m0)，然后在室溫條件下，浸入到100mL的去離子水或有機(jī)溶劑中24h后取出，用濾紙吸干其表面的水分或溶劑后再稱量(m)，按下式計(jì)算吸水率或吸溶劑率：

吸水率(吸溶劑率)=[(m-m0)/m0]×l00%。

2.6.3乳液膜附著力測定

將涂好的膠膜放到QFZ-Ⅱ型漆膜附著力試驗(yàn)機(jī)上，測定附著力。

2.6.4乳液膜硬度的測定

將膠膜用QHQ-A型便攜式鉛筆劃痕試驗(yàn)機(jī)按正確的方法測定。

2.6.5貯存穩(wěn)定性的測定

將分散好的乳液在室溫條件下密封靜置30d，然后在此期間間隔一定的時(shí)間觀察其在容器內(nèi)的沉淀情況。

3結(jié)果與討論

3.1反應(yīng)溫度的選擇

反應(yīng)溫度是水性聚氨酯樹脂制備中一個(gè)重要的控制因素，一般來說，隨著反應(yīng)溫度的升高，異氰酸酯與各類活潑氫化合物的反應(yīng)速率加快。但并不是反應(yīng)溫度越高越好，當(dāng)溫度過高時(shí)，異氰酸酯基團(tuán)與氨基甲酸酯或脲鍵反應(yīng)，產(chǎn)生交聯(lián)鍵。另外，溫度太高時(shí)(如110℃)，—NCO含量迅速達(dá)到理論值，同時(shí)大量放熱使預(yù)聚反應(yīng)難以控制而凝膠。當(dāng)反應(yīng)溫度太低時(shí)，反應(yīng)速率較慢，放熱平和容易控制，但周期太長、效率低。80℃下的預(yù)聚反應(yīng)溫度是比較恰當(dāng)?shù)?，反?yīng)時(shí)間適中也易于控制預(yù)聚反應(yīng)[5]。

3.2不同原料的乳液穩(wěn)定性的比較

因反應(yīng)原料的鏈段長短、空間位阻以及極性不同，不同性質(zhì)的原料比例不同，對水性聚氨酯的性能產(chǎn)生不同的影響。表3為不同的原料配比對聚氨酯乳液穩(wěn)定性的影響。由表3可以看出，WPU-IPDI型乳液穩(wěn)定性較差，WPU-IT乳液穩(wěn)定性較其它2種好。這主要是因?yàn)閃PU-IT與其它配方相比，IPDI與TDI在總量中占的比例最小，且反應(yīng)有梯度，因此所得乳液粒子的軟段部分占的比例大，在聚氨酯乳液相反轉(zhuǎn)過程中，預(yù)聚體中羧基含量大，親水性增強(qiáng)，該鏈段容易獲得更強(qiáng)的運(yùn)動(dòng)能力，有利于相反轉(zhuǎn)過程的進(jìn)行，從而增強(qiáng)了預(yù)聚體在水中的分散性，使乳液的穩(wěn)定性好[6]。

表3原料配方與乳液的關(guān)系

從表3也可以看出，IPDI型水性聚氨酯比TDI型耐變黃性更好，這是由它們的結(jié)構(gòu)決定的。

　　以上就是《研究合成配方以及分散條件等因素對水性聚氨酯》的全部內(nèi)容。