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》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打磨性明顯優于脂肪族異氰酸酯；親水基團含量越高光澤度越高。

關鍵詞：植物油多元醇；水性聚氨酯；木器涂料

0前言

隨著經濟水平的提高，各國對其涂料體系中有機揮發物(VOC)含量有了更加嚴格的限制，環境友好型水性涂料得到快速的發展[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點得到快速發展[2-4]。也正是由于水性聚氨酯具有優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點，同時實現了易打磨、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。

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)；加入適量的丙酮調節到需要的體系黏度；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種增稠劑以調整黏度。

1.4測試與表征

2結果與討論

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鏈，側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族異氰酸酯制備的木器涂料有更優的綜合性能。

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

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,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