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| 氨基硅烷偶聯(lián)劑改性水性聚氨酯木器涂料的研制 |
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| 2007-3-12 中國聚合物網(wǎng) |
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目前我國所用的聚氨酯涂料絕大部分為溶劑型，從安全和環(huán)保的角度考慮，溶劑型聚氨酯涂料存在許多不足甚至是危害之處：水性聚氨酯以水為基本介質(zhì)，具有不燃、氣味小、不污染環(huán)境、節(jié)能、操作加工方便等優(yōu)點，因而獲得了越來越廣泛的應(yīng)用。但目前水性聚氨酯木器涂料還存在耐水性、與基材的附著力不夠強(qiáng)及硬度與應(yīng)用性能要求不相適宜等缺點，較大程度地影響了它的推廣應(yīng)用。為此，本研究采用氨基硅烷偶聯(lián)劑改性聚醚型水性聚氨酯，制得了優(yōu)異性能的水性聚氨酯木器涂料。該制備方法可操作性好，具有很好的推廣應(yīng)用價值：
l實驗部分
1.1主要原材料
聚醚二醇(N210)：Mn=1000±100，羥值為(1.86～2.14)xl0 -3 mol/g，南京金陵石油化工廠；甲苯二異氰酸酯(TDI)：工業(yè)級，上海五聯(lián)化工廠；2，2 -二羥甲基丙酸(DMPA)工業(yè)級，湖州長盛化工有限公司；氨基硅烷偶聯(lián)劑(KH- 550)：工業(yè)級，廣州科特化工有限公司；三乙胺(TEA)：AR，上海光華化學(xué)試劑廠。
1.2水性聚氨酯木器涂料的配方
1.2.1預(yù)聚體的配方(見表1)
表1水性聚氨酯預(yù)聚體的基本配方
1.2.2改性水性聚氯酯木器涂料基本配方(見表2)
表2改性水性聚氨酯木器涂料的基本配方
1.3水性聚氨酯木器涂料的制備工藝
1.3.1原材料的預(yù)處理
分別將N210和DMPA在120℃、4 kPa條件下真空脫水2 h，然后密封保存?zhèn)溆谩?BR>
1，3.2預(yù)聚體的合成
在帶有高速分散機(jī)、溫度計及高純氮氣保護(hù)的密閉反應(yīng)器中加入經(jīng)化學(xué)計量的TDI；將一定量的DMPA和經(jīng)化學(xué)計量的N 210的混合物加熱到120℃，使DMPA溶解，冷卻后，分批加到上述反應(yīng)器中，在70℃下攪拌反4.0 h，得到聚氨酯預(yù)聚體。
1.3.3聚氯酯乳液的制備
將少量的三乙胺和氨基硅烷偶聯(lián)劑混溶于5的去離子水中，緩慢加入上述預(yù)聚體高速剪切乳化30 min，加人定量的消泡劑，分散均勻后，得到固含量35%左右的氨基硅烷偶聯(lián)劑擴(kuò)鏈的水性聚氨酯乳液
1.3.4木器涂料的制備
將水、分散劑、防霉劑、消泡劑等混合均勻后，高速分散10～20 min；加入上述聚氨酯乳液硬其它助劑，用流平觸變劑調(diào)整到適當(dāng)粘度即可：
1.4性能測試方法
(1)紅外測定：采用美國Analect公司的RFX - 65傅立葉紅外光譜轉(zhuǎn)換光譜儀進(jìn)行測定：
(2)表面水接觸角的測量：采用日本Kyowa公司生產(chǎn)的G—1型εrma角度計式接觸角測定儀進(jìn)行測試。采用去離子水，將水滴滴于薄膜表面l min后進(jìn)行測試，每個樣品取相巨間距5 mm的3個點進(jìn)行測量，共6次瀆數(shù)，取算術(shù)平均值：
(3)拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長率：參照J(rèn)C 500 - 92《聚氨酯防水涂料》，采用廣州材料試驗機(jī)廠XLL - 50型拉力試驗機(jī)進(jìn)行測試，拉伸速度為l 00 mm／min。
(4)固含量：按GB／T l725—89進(jìn)行測試。
(5)硬度：采用Lx—A型橡膠硬度計進(jìn)行測試
(6)附著力：按GB l720—79進(jìn)行測試：
2結(jié)果與討論
2.1紅外譜圖分析
硅烷偶聯(lián)劑改性的水性聚氨酯涂膜的紅外光譜見圖l：
圖1硅烷偶聯(lián)劑改性水性聚氨酯涂膜的紅外光譜
由圖l可以看出：3297 cm -1處為N—H的伸縮振動峰、1643 cm -1處為脲基中C=O的伸縮振動峰、1726 cm -1處為氨酯基中C=O的伸縮振動峰、l103 cm -1處為C—O—C的伸縮振動峰，說明聚合產(chǎn)物中有脲鍵和氨酯鍵存在；在1090 cm -1 (Si—O—Si的彎曲振動峰)和1 103 cm -1。(C—O—C的伸縮振動峰)附近可以看出吸收峰明顯變寬，是Si—O—S，的彎曲振動和C—O—C的伸縮振動的重疊峰；1250 cm -1處為- CH2 -Si中—CH2—的彎曲振動峰，803 cm -1處為CH2-Si中的-CH2的擺式振動峰，這些都說明聚合物中存在有機(jī)硅。
2.2硅烷偶聯(lián)劑用量對涂膜表面水接觸角的影響
內(nèi)乳化型水性聚氨酯，由于在分子鏈中引入了親水性基團(tuán)，因此，成膜物的吸水性往往都很強(qiáng)，這是作為木器涂料最大的缺點之一，采用氨基硅烷偶聯(lián)劑改性水性聚氨酯的目的就是希望能提高其耐水性表3中列出了，室溫(25℃)下測得的KH-550改性水性聚氨酯涂膜表面的水接觸角。
表3 KH一550用量對涂膜表面水接觸角的影響
從表3可以看出，在水性聚氨酯中引入少量的硅烷偶聯(lián)劑其水接觸角明顯增大：硅烷偶聯(lián)劑的·端與異氰酸酯封端的聚氨酯預(yù)聚體分子的主鏈相接(-NH 2與-NCO反應(yīng))，另一端的Si—O鏈則伸展到基層表面，從而在硅烷偶聯(lián)劑改性的樹脂中表現(xiàn)出有機(jī)硅的特性。在干燥成膜時，硅烷偶聯(lián)劑改性的水性聚氨酯中硅氧烷水解、縮聚，結(jié)果在聚合物之間以及聚合物和基材之間形成牢固的互穿網(wǎng)絡(luò)立體交聯(lián)結(jié)構(gòu)，從而使漆膜具有優(yōu)異的憎水性及粘附力。
2.3硅烷偶聯(lián)劑用量對涂膜力學(xué)性能的影響
拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長率是衡量水性聚氨酯涂膜力學(xué)性能的重要指標(biāo)表4為KH550用量對改性水性聚氨酯涂膜的拉伸強(qiáng)度、斷裂伸長率的影響從表4可以看出，硅烷偶聯(lián)劑的使用使聚氨酯涂膜的拉伸強(qiáng)度略有增加，斷裂伸長率略有下降。這可能是因為隨著硅烷偶聯(lián)劑用量的增加，材料的交聯(lián)度增大，從而使拉伸強(qiáng)度稍有上升，斷裂伸長率略有下降。
表4 KH550用量對改性水性聚氨酯涂膜力學(xué)性能的影響
3改性水性聚氨酯木器涂料的基本配方及性能指標(biāo)
通過試驗，確定了改性爪性聚氨酯木器涂料的最佳基本配方為：m(N210))：m(TDI)：m(DMPA)：m(KH550)=60：34：6：1。其技術(shù)性能如表5所示：
從表5可以看出，本項目研制的硅烷偶聯(lián)劑改性水性聚氨酯木器涂料具有優(yōu)良的耐水性、力學(xué)性能和附著力，有望在木器涂料領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用：
表5硅烷偶聯(lián)劑改性水性聚氨酯木器涂料的技術(shù)性能
4結(jié)論
(1)在無溶劑的條件下，采用擴(kuò)鏈的方式制得氨基硅烷偶聯(lián)劑改性的水性聚氨酯乳液，通過配以分散劑、防霉劑、消泡劑等助劑，制成了穩(wěn)定的水性聚氨酯木器涂料。
(2)以硅烷偶聯(lián)劑改性的水性聚氨酯乳液制得的木器涂料，具有優(yōu)良的耐水性、附著力和力學(xué)性能等，且該制備方法操作性好，具有良好的推廣應(yīng)用前景。
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| （責(zé)任編輯：可樂） |
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