木地板用水性聚氨酯分散体及其涂料的研制
2008/8/11/08:19 来源：涂料与涂装资讯网
|
|
孙晓泽
(淄博奥德美高分子材料有限公司，山东淄博256404)
摘要:用聚酯多元醇及聚碳酸酯二醇与TDI和IPDI共聚反应制得自交联型水性聚氨酯分散体，研究了不同原料及不同反应因素对产品性能的影响，并对产品在木地板上的实际应用进行了适应性验证。
关键词:木地板;水性聚氨酯分散体;涂料;研制
0引言
随着社会对环保的要求越来越严格，环保型涂料的研发成为当务之急，也成为了相关行业的研究课题，水性聚氨酯木器涂料因此应运而生，并有了较大的突破，因为水性聚氨酯涂料具有无毒，不燃，无环境污染，并且节约能源，其作为一种合成高分子材料的综合性能异常优越，特别符合当前涂料业的发展方向。
本文研究了不同原料及工艺对分散体性能的影响。
1试验
1.1主要原料
聚酯多元醇(进口);聚碳酸酯多元醇(进口);甲苯二异氰酸酯TDI(进口);异佛尔酮二异氰酸酯IPDI(进口);1，4-丁二醇;1，6-己二醇;三羟甲基丙烷TMP;二羟甲基丙酸DMPA(进口);三乙胺;乙二胺;甲基吡咯烷酮NMP(进口);丙酮(工业品);流平剂、消泡剂、润湿剂等(迪高公司)。
1.2实验器材
四口烧瓶、可调速搅拌器、温度计、冷凝管、真空泵、分散机;铅笔硬度计、光泽测定仪、柔韧性测定仪、附着力测定仪等。
1.3聚合
在装有搅拌器、温度计、冷凝管的四口烧瓶中，加入计量的聚碳酸酯和聚酯多元醇的混合物，加温、熔化、开搅拌，升温至120℃，真空(-0.06MPa)脱水1h，降温至40℃加入计量的TDI、IPDI升温至100℃左右反应1h，降温加入DMPA、1，4-丁二醇、1，6-己二醇、丙酮等，升温至80～90℃之间反应2h，然后降温至40℃加入催化剂NMP、丙酮，升温至55℃左右反应3h，测—NCO含量达到规定值后降温至30℃，将所得聚合液移至分散机中，中速搅拌下加入三乙胺中和反应3min，高速加水、乙二胺分散，得到乳白色半透明发蓝光的液体，升温，脱丙酮后得到水性聚氨酯分散体，检测待用。 |
1.4性能结果测试
水性分散体的性能测试结果如表1所示。
表 1 水性 PU 分散体的性能测试结果
点击此处查看全部新闻图片
2结果与讨论
2.1聚酯多元醇对产品性能的影响
用来制备水性聚氨酯的多元醇大致分为聚酯型及聚醚型2种，其他的还有丙烯酸类及蓖麻油类多元醇。多元醇化合物的种类、相对分子质量、官能度、分子结构等决定了树脂的物理化学性能，所以多元醇在合成配方中的地位非常重要[1]，其他组分用量均以它为基准用量进行调整，对不同的多元醇，进行了多次的调整试验，综合其性能，确定以聚碳酸酯多元醇为主，配以聚酯多元醇作为本研发的主要原料，具体比较结果见表2。
表 2 不同聚酯多元醇对应涂膜性能的比较
点击此处查看全部新闻图片
2.2不同异氰酸酯对涂膜性能的影响
异氰酸酯是一种具有很高反应活性的化合物，因为其比较活泼，二官能团以上的异氰酸酯可以合成性能优良的聚合物，是水性聚氨酯生产的另一个基本原料。异氰酸酯分为芳香族和脂肪族两大类，主要品种有TDI、IPDI、HDI、XDI等，在多元醇不变的前提下，用不同的异氰酸酯进行试验TDI和IPDI来制得的聚合物符合研发要求(结果见表3)。
表 3 不同异氰酸酯对膜性能的影响
2.3亲水性扩链剂的选择及用量
亲水性扩链剂是向体系中引入亲水性基团，是水性聚氨酯制备工艺中使用的特殊原料。通常由羟基、磺酸基及仲胺基等。本实验选用的是DMPA，根据实验结果当添加量在14%～17%时，其聚合液黏度、分散性、柔韧性等综合性能。
2.4扩链剂的选择
根据产品的使用特性，要耐磨性、耐水性好，有足够的硬度，根据实验结果1，4-丁二醇、1，6-己二醇、TMP符合要求，其他扩链剂无以上3种的效果好。
2.5温度控制
当原料确定后同一配方在不同的温度下反应，经过多次试验，反应的物料不同，温度也有变化。当聚酯与异氰酸酯进行反应时温度应控制在90～100℃。亲水基因、扩链剂参与反应时，温度不应超过90℃，所得聚合物黏度适中，分散容易，效果好;反之则聚合液黏度过大，分散困难或黏度小，分散液白，无蓝光。
3应用
3.1配方
水性聚氨酯木地板涂料的配方见表4。
表 4 水性聚氨酯木器地板涂料的配方
点击此处查看全部新闻图片
3.2生产工艺
①将D、E、F加入到C中搅拌均匀，形成透明状液体;
②将①与B混合均匀，至无分层;
③准确称量A加入分散机，在搅拌状态下缓慢加入②，中速搅拌30min;
④根据客户要求可加入适量增稠剂或哑浆以提高其黏度和光泽。
3.3性能测试结果
水性聚氨酯木地板涂料及涂膜性能见表5。
表 5 涂料性能指标及测试结果
点击此处查看全部新闻图片
4结语
本研究以物料的选择及配比为主，通过实验发现:
(1)用聚碳酸酯与聚酯多元醇的特定比例的混合物和TDI、IPDI进行聚合反应，用1，6-己二醇、1，4-丁二醇和TMP进行扩链，所合成的预聚体性能符合产品要求，并且耐磨性及耐水性能特别优良;
(2)分别改变聚酯及聚碳酸酯的配比，1，6-己二醇、1，4-丁二醇和TMP的配比，所制得的成品技术指标与(1)有所不同，特别是硬度及耐水性均有降低，其他性能变化不大;
(3)该产品符合木地板涂料的涂刷要求;
(4)该产品的研发成功，还有效解决了国内长期困扰水性涂料在家具表面(特别是桌面、台面)应用的诸多难题，表面耐划伤、耐水性、硬度等性能明显提高，可以在家具制造行业进行推广应用。
但与溶剂型聚酯木器涂料相比该产品的实干速度还稍微的长了一些，并且在未完全干燥之前某些性能还达不到理想效果，建议有条件的公司可以进行烘干施工，加快漆膜的干燥速度，促其性能达到满意的效果。