植物油改性水性聚氨酯的合成與應用范文

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《聚氨酯工業(yè)》2017年第2期

摘要：通過研究自制植物油多元醇含量、異氰酸酯類型和親水基團含量對水性聚氨酯木器涂料性能的影響。研究表明自制植物油多元醇含量越高，打磨性能越好；使用芳香族異氰酸酯合成的PUD打磨性明顯優(yōu)于脂肪族異氰酸酯；親水基團含量越高光澤度越高。

關(guān)鍵詞：植物油多元醇；水性聚氨酯；木器涂料

0前言

隨著經(jīng)濟水平的提高，各國對其涂料體系中有機揮發(fā)物(VOC)含量有了更加嚴格的限制，環(huán)境友好型水性涂料得到快速的發(fā)展[1]。水性聚氨酯具有VOC含量低、污染小、成本低、可用水稀釋，易于清理，涂膜具有強度耐磨損和韌性好等優(yōu)點得到快速發(fā)展[2-4]。也正是由于水性聚氨酯具有優(yōu)異的高柔韌性和耐磨性，從而導致水性聚氨酯用作木器涂料時存在較難打磨的特點，這對重復噴涂不利，此外由于水具有高的比熱容，使得涂膜干燥速度較慢，限制了其施工速度。本文采用自制的植物油改性多元醇為主原料合成的水性聚氨酯乳液，不僅保持了聚氨酯的優(yōu)點，同時實現(xiàn)了易打磨、高光澤等特點。

1實驗部分

1.1實驗原料聚氨酯合成原料：

植物油改性多元醇(羥值300mgKOH/g)，自制；聚酯(羥值112mgKOH/g)、二環(huán)己基甲烷二異氰酸酯(HMDI)、甲苯二異氰酸酯(TDI-80)、異佛爾酮二異氰酸酯(IPDI)、六亞甲基二異氰酸酯(HDI)，萬華化學；1,4-丁二醇(BDO)、二羥甲基丙酸(DMPA)，進口；二月桂酸二丁基錫(T-12)、乙二胺(EDA)、丙酮，國產(chǎn)。

1.2水性聚氨酯的制備

在裝有電動攪拌器、溫度計、冷凝回流管、氮氣進出口的1000mL四口燒瓶中，首先加入大分子二元醇，于120℃真空干燥脫水1h。降溫至60～70℃加入異氰酸酯、植物油改性多元醇，滴加適量催化劑二月桂酸二丁基錫(DBTDL)，通入干燥氮氣，于80～85℃反應1～2h至—NCO含量達到理論值(二正丁胺滴定法測定)；加入適量丙酮以降低體系黏度，降溫至35～40℃加入BDO、DMPA，然后升溫至60～70℃反應，—NCO含量達到理論值(二正丁胺滴定法測定)；加入適量的丙酮調(diào)節(jié)到需要的體系黏度；高速剪切條件下將所得的預聚體在去離子水中分散進行乳化，乳化開后加入乙二胺反應20min，最后50℃減壓蒸餾出丙酮，最終得到無溶劑水性聚氨酯乳液。

1.3水性木器涂料的制備

在不銹鋼分散罐中，倒入一定量的合成乳液，再按表1的配方量加入流平劑、基材潤濕劑、成膜助劑等，攪拌使助劑分散均勻，然后按表1的配方量加入消泡劑和2種增稠劑以調(diào)整黏度。

1.4測試與表征

2結(jié)果與討論

2.1植物油改性多元醇用量對性能的影響

將植物油改性多元醇與聚酯多元醇混合加入后，在相同的硬段含量下考察植物油改性多元醇用量對性能的影響。異氰酸酯為TDI、DMPA用量6%。隨著植物油改性多元醇用量的增加，涂膜的打磨性、擺桿硬度提高、耐水性和光澤度提高。分析原因是自制的植物油改性多元醇含有較多的長碳脂肪側(cè)鏈，側(cè)鏈的存在削弱了聚氨酯氫鍵的形成，從而易于打磨出粉；且本身的當量較低，且分子量主要是由側(cè)基貢獻，使得氨基甲酸酯間的距離變短，密度增大，從而具有更高的擺桿硬度和光澤度；長碳脂肪側(cè)鏈的存在使涂膜表面張力降低，體系更加疏水，從而提高了耐水性能。

2.2乳液粒徑對性能的影響

隨著DMPA用量的增多，乳液的外觀逐漸由乳白色變得清澈透明，粒徑逐漸減小，隨之帶來的是相同固含量下乳液的黏度增大，涂膜的耐水性下降。隨著粒徑的減小，涂裝時乳液更易深入木材中，乳液粒徑越小成膜表面越平滑致密，光澤度越高。綜合考慮DMPA用量在6%較為合適。

2.3實驗室合成乳液與市場化產(chǎn)品的比較

在異氰酸酯為TDI、全部采用植物油改性多元醇、DMPA用量6%的條件下合成水性聚氨酯乳液，并將其制成木器涂料與萬華Lacper®4221進行性能比較。

3結(jié)語

(1)采用TDI、全部為植物油改性多元醇條件下合成的水性聚氨酯，用做木器涂料時具有硬度建立速度快、打磨性好光澤度高、木材入孔性好的特點，可實現(xiàn)木器涂料的快速施工。

(2)當親水單體用量為6%時，乳液具有較好的外觀和應用性能。

(3)用TDI制備的該木器涂料較脂肪族和脂環(huán)族異氰酸酯制備的木器涂料有更優(yōu)的綜合性能。

(4)實驗室按照(1)、(2)和(3)的條件合成的乳液，與市場化產(chǎn)品比較，總體性能優(yōu)于市場化產(chǎn)品。

參考文獻

[1]王茂龍,賀江平.水性聚氨酯印花粘合劑的合成及應用研究[J].聚氨酯,2010(12):75-78

[2]曹紅菊,楊昌躍,陳家華.水性聚氨酯漆的制備與性能研究[J].涂料工業(yè),2001,31(7):31-34

[3]李紹雄,劉益軍.聚氨酯樹脂及其應用[M].廣州:廣東科技出版社,2001

[4]李建宗,李士杰.國外水性聚氨酯研究新進展[J].中國膠粘劑,1997,6(5):44-50

作者：紀學順；王震；孫偉祖；朱文輝；鄧俊英 單位：萬華化學集團股份有限公司