水性聚氨酯涂料的改性研究进展

水性聚氨酯涂料的改性研究进展
水性聚氨酯涂料的改性研究进展

水性聚氨酯涂料的改性研究进展

华南理工大学化工与能源学院,广州 5 0640

柳艳红,陈焕钦

摘要:综述了水性聚氨酯涂料丙烯酸酯改性、纳米材料改性、环氧树脂改性、有机硅改性、植物油改性的方法和特点,展望了水性聚氨酯涂料的市场前景。

关键词:水性聚氨酯; 改性; 涂料

中图分类号:TQ630 文献标识码:A 文章编号: 004- 672(2008)03-00 4-03

Advance in Research on Modification of Water-Based Polyurethane Coating / Liu Yan-hong et al // South China University of Technology

Abstract: Methods and characteristics for modification of water-based polyurethane coating with acrylate, nanometer materials, epoxy resin, organic silicon and vegetable oil were reviewed and marketing prospect for water-based polyurethane coating was viewed.

Key Words: water-based polyurethane; modi fication; coating

前言

环境友好材料由于其在生产和使用过程中能明显减少环境污染及对生产者健康的危害,因而发展十分迅速。近年来,由于安全、卫生和环境保护的要求,世界范围内的涂料和胶粘剂工业逐步从溶剂型向水分散型转变。

水性聚氨酯(WPU)涂料符合发展涂料工业的“四E原则”(经济 Economy,效率 Efficience,生态Ecology,能源 Energy)。然而,一般的聚氨酯乳液都具有自增稠性差、固含量低、乳胶膜的耐水性差、光泽性较低、涂膜的综合性能较差等缺点。为了更好地提高WPU涂料的综合性能,扩大应用范围,需对WPU乳液进行适当的改性。本文主要介绍了WPU 涂料的环氧树脂改性、聚硅氧烷改性和丙烯酸复合改性、纳米改性研究及应用进展。

2 水性聚氨酯的改性技术

2. 丙烯酸酯改性水性聚氨酯

WPU涂料具有良好的物理机械性能和优良的耐寒性,但是,由于单一PU乳液存在自增稠性差,固含量低,乳胶膜的耐水性差,光泽性较差,机械强度不及丙烯酸树脂,且成本较高等缺陷,其应用受到一定的限制。而聚丙烯酸酯(PA)乳液具有较好的耐水性、物理机械性能和耐候性能,故PU和PA在性能上具有互补性。

丙烯酸酯类化合物对水性聚氨酯的改性可以分为物理共混改性和合成共聚乳液改性两种方法。物理共混改性主要是将丙烯酸酯类或乙烯基酯类乳液和水性聚氨酯乳液进行物理共混,以提高水性聚氨酯材料的物理机械性能。采用此种方法要求改性所用的丙烯酸乳液的离子稳定性及对溶剂的亲和性好,否则可能会发生破乳。化学改性是将PA加入PU 乳液中,再通过引发剂进行自由基聚合而制得的复合乳液(PUA)。

共聚乳液的制备方法主要有以下几种[ ]:①PU 乳液和PA乳液共混,外加交联剂,形成聚氨酯-丙烯酸酯(PUA)共混复合乳液;②先合成PU聚合物乳液,以此为种子乳液再进行丙烯酸酯乳液聚合,形成具有核/壳结构的PUA复合乳液;③两种乳液以分子线度互相渗透,然后进行反应,形成高分子互穿网络的PUA复合乳液,这种方法巧妙地提高了PU和P A的相容性;④合成带CC双键的不饱和氨基甲酸酯单体,然后将该大单体和其它丙烯酸酯单体进行乳液共聚,得到PUA共聚乳液。

徐克文等[2]以丙烯酸羟乙酯作为封端剂,以过硫酸钾为引发剂,采用自由基聚合法合成了稳定性良好、综合性能优异的丙烯酸共聚改性水性聚氨酯乳液(水性PUA)。通过比较PU与PUA的红外光谱图发现:丙烯酸酯改性的水性聚氨酯存在氢键;聚氨酯、丙烯酸酯分子链之间形成化学键,能提高其相容性。这进一步从结构上解释了PUA的优良性能。Hirose 等人[3]采用无皂乳液聚合技术,制备了3种核-壳PUA乳液:A/U、U/A (聚氨酯/聚丙烯酸)

和A/U-g-A(聚丙烯酸/聚氨酯-丙烯酸接枝共聚物),利用热力学分析法讨论了乳胶粒内部及乳胶粒之间交联反应的影响因素,还通过傅立叶红外光谱(FT-IR)、透射电镜(TEM)、电子能谱(ESCA)、接触角测量仪等分析测试手段对核-壳结构乳胶粒的微形态结构及涂膜的表面组成和性能进行了表征和研究,发现A/U乳液涂膜干燥后表面PU含量很高,而A/U-g-A 乳液和A/U乳液涂膜的粘附性相近。Byung Kyu Kim 等[4]用丙烯酸酯与聚氨酯发生共聚反应形成高分子互穿网络结构(LIPN)对聚氨酯进行改性。这种结构大大降低了玻璃转化温度,同时在不影响聚氨酯弹性的情况下增强了耐水性。他们还发现采用紫外光引发丙烯酸单体聚合可以大大降低反应的时间。Chunmei Song等[5]制备了聚氨酯/丙烯酸酯的油漆涂膜,通过TEM观察发现了三相:软段富集相、硬段富集相以及聚丙烯酸酯相。进一步研究发现,脲基的含量可以影响聚氨酯/丙烯酸酯在水中的分散粒径,从而影响聚氨酯/丙烯酸酯涂膜的性能。

2.2 纳米材料改性水性聚氨酯

纳米粒子具有表面效应、小尺寸效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应等特殊性质,将其应用于涂料之中,一方面可改善传统涂料的性能,如改善涂料的耐候性、漆膜的机械力学性能、热稳定性和抗辐射及电学等性能;另一方面,可制备新的功能性纳米涂料,从而为涂料行业的发展开拓了一片新的天地。

建筑外墙涂料中添加适量纳米二氧化钛,可将乳胶漆的耐候性提高到一个新的等级,同时还使耐老化性能有很大的提高。实际应用表明,在建筑内外墙涂料中添加少量的纳米二氧化硅后,涂料抗紫外线防老化试验性能可由原来的250 h提高到600 h以上,耐擦洗提高 0倍以上,干燥时间大幅度降低,而且原料存在的悬浮性稳定性差、触变性差、光洁度不高等问题也得到很好的解决。

冯利邦等[6]成功合成了一种含有纳米硅氧化物的水性聚氨酯涂料,纳米硅氧化物的引入,可以显著改善聚氨酯漆膜的诸多物理性能,如表面硬度、热稳定性、耐候性及耐水和耐有机溶剂性能。然而,引入的纳米硅氧化物的量要适当,若纳米硅氧化物含量过多,其对聚氨酯漆膜性能的改善程度将减少,有时甚至会损坏聚氨酯漆膜的物理性能。当纳米硅氧化物的质量分数保持在2.5到5.0之间时,可得到性能明显改善的水性聚氨酯涂料。Hsu-Chiang Kuan等[7]合成了一种纳米碳管/水性聚氨酯纳米复合材料,这种水性聚氨酯乳液储存稳定,胶膜的热稳定性提高了26℃,拉伸强度提高了370%,拉伸模量提高了 70.6%。李树材等[8]采用溶胶-凝胶法合成了纳米级水性聚氨酯-TiO2复合乳液,FT-IR分析表明:纳米TiO2可以显著提高乳液黏度;一定量的纳米TiO2可以提高复合乳液的电解稳定性。陈苏等主持完成的“用分子组装技术制备环保型纳米水性聚氨酯木器涂料”项目,通过分子组装技术制得的高性能环保型纳米水性聚氨酯涂料,其涂膜的拉伸强度、断裂伸长率、硬度、耐磨性、耐水性及耐擦洗性等都得到较大程度的提高,其使用性能完全可以与溶剂型聚酯漆相媲美,且具有环保、施工方便、涂膜性能易于设计和优化等特点[9]。

2.3 环氧树脂改性水性聚氨酯

环氧树脂(EP)具有许多优良的性能,如种类多、易固化、机械强度高、粘附力强、成型收缩率低、化学稳定性好、电绝缘性好、成本低,还具备高模量、高强度和热稳定性好等特点,早已成为应用广泛的热固性塑料,在机械、电子、涂料等领域发挥着日益重要的作用。通过环氧树脂和聚氨酯的接枝反应,制得环氧改性聚氨酯乳液,用其配制水性环氧改性聚氨酯涂料,可以提高化学稳定性和漆膜附着力。

吴晓青等[ 0]用环氧树脂E-44对水性聚氨酯进行改性,通过研究发现:当二羟甲基丙酸(DMPA)含量为5wt%~7wt%,环氧树脂添加量为5wt%~8wt%,采用相反转分散方法时,可得到较稳定的环氧树脂改性水性聚氨酯分散液,且分散液综合性能较好;用环氧树脂改性的水性聚氨酯制备的涂膜具有硬度高,耐水性和耐溶剂性好等特点。胡建青等[ ]在自乳化水性聚氨酯的合成过程中引入环氧树脂制备得到水性聚氨酯环氧树脂乳液,该乳液有机挥发物含量低,既具有环氧树脂的高附着力、高强度、耐化学品性和防腐性,又具有聚氨酯优良的柔韧性、耐磨性、丰满度、耐老化性和成膜性能。利用此乳液的优良性能,以此乳液作为基料,通过配方设汁,筛选出无毒高效复合铁钛防锈颜料,配合其他颜填料和助剂,研究制备了高性能水性防绣涂料。黄洪等[ 2]用环氧树脂E-44和甲基丙烯酸甲酯(MMA)复合改性水性聚氨酯(WPU),丙烯酸羟乙酯(HEA)与MMA发生共聚反应。制得以丙烯酸酯为核,聚氮酯为壳,HEA为核壳之间桥连的核壳交联型PUA复合乳液。这种复合乳液集中了聚氨酯的耐低温、柔软性好、附着力强,丙烯酸酯的耐水和耐候性好,

环氧树脂的高模量、高强度、耐化学性好等许多优点。

2.4 有机硅改性水性聚氨酯

有机硅氧烷是一类可用于乳液合成和水性涂料体系的有机功能性硅烷化合物。目前应用较多的是含功能基团的有机硅氧烷,即硅烷偶联剂,其结构通式可用Y—R—Si(X)3来表示。X表示甲氧基、乙氧基、氯等水解基团,能与无机材料结合;Y表示为氨基反应基团,能与有机材料化学结合。该结构中既含有“有机基团”,又含有“无机结构”,这种特殊的组成和分子结构,使它集有机物的特性与无机物的功能于一身,具有优良的耐水性、耐化学品性、耐温变性、介电性、耐候性和低表面张力[ 3],已被互穿聚合广泛应用于聚氨酯材料的改性。

有机硅改性水性聚氨酯主要有三种方法:物理共混改性、化学改性、聚硅氧烷/聚氨酯互穿聚合物网络改性。聚氨酯可以改善聚硅氧烷乳液的耐油、耐非极性溶剂的性能,而聚硅氧烷乳液可改善水性聚氨酯的耐水和耐溶剂的性能,两者共混可以获得取长补短的效果。但是由于乳化剂的存在,共混改性对膜的性能有负面影响,共混改性仅仅是简单的机械混合,无化学键形成,硅基油易于迁移,造成硅感时效短[ 4]。因此,有机硅改性聚氨酯最常用的方法是化学改性。通过两端带有反应性官能团的聚硅氧烷低聚物(最常见的是聚二甲基硅氧烷PDMS,或部分甲基被取代后所得聚硅氧烷)与多异氰酸酯经逐步加成,聚合而制得嵌段共聚物。而互穿聚合物网络(简称IPN)既不是简单的聚合物之间的机械共混,也不是通过化学键形成键合、嵌段或接枝,它是依靠不同高分子分子链之间相互穿透、交织、纠缠而形成的一种互锁网络。

朱延安等[ 5]采用有机硅氧烷单体与聚醚、二羟甲基丙酸(DMPA)和甲苯二异氰酸酯(TDI)反应制备水性聚氨酯涂料。通过选用有机硅氧烷单体直接参与聚合反应,使硅分子以化学键的方式接入到分子链上,可以改进水性聚氨酯树脂的耐沾污性;当采用后添加的方式,即在亲水扩链的时候加入硅氧烷单体作为小分子扩链剂,可以制得贮存稳定好,性能优异的水性聚氨酯乳液。刘鸿志等[ 6]将甲苯二异氰酸酯加到聚醚二元醇和端羟基有机硅单体的混合物中进行反应,生成端基为异氰酸酯基的聚氨酯预聚体,用 ,4-丁二醇进行扩链反应,之后用二羟甲基丙酸进行亲水扩链,然后用三乙胺中和,最后加水乳化,合成了一种有机硅改性聚氨酯乳液。蒙脱土是一种无机层状硅酸盐,其晶层结构由一层硅氧四面体夹着一层铝氧八面体构成。可以采用有机物与蒙脱土复合改性水性聚氨酯,这样的话就可以将无机硅酸盐晶片的刚性、尺寸稳定性和热稳定性与聚合物的韧性、易加工性等完美地结合起来,形成结构特殊、性能优异的聚氨酯乳液。侯孟华等[ 7]用插层聚合制备了改性的水性聚氨酯乳液。研究发现,聚氨酯乳液涂膜的拉伸强度和断裂伸长率比未改性时分别提高了70%、 8%,吸水率降低了49%。2.5 植物油改性水性聚氨酯

植物油是一种可再生资源,用植物油改性水性聚氨酯不仅可以改善其性能,还进一步体现环保意识。瞿金清等[ 8]采用蓖麻油(C.O.)、聚醚(N2 0)、二异氰酸甲苯酯(TDI)和二羟甲基丙酸(DMPA)反应合成了聚氨酯脲水分散液。分析发现采用蓖麻油作为水性聚氨酯树脂的软段能提高涂膜的机械性能和耐化学品性,当蓖麻油与聚醚二醇的质量比为 ∶ ,NCO/OH摩尔比为 .6∶ ,DMPA添加量为5.5%,NH2/NCO摩尔比为0.5∶ ,合成蓖麻油水性聚氨酯,具有较好的成膜性,涂膜外观好、硬度高,具有较好的耐水性和耐溶剂性能。他们[ 9]又采用甲基丙烯酸甲酯(MMA)与蓖麻油水性聚氨酯共聚反应制备蓖麻油聚氨酯丙烯酸酯(CPUA)复合乳液,确定了合适的蓖麻油和MMA含量,分别为体系总固体质量的20%~25%和20%~30%。性能测试表明合成的CPUA复合乳液具有优异的物理机械性能和耐水性。陈建兵等[20]利用二乙醇胺对亚麻油进行氨解,再将氨解后的亚麻油反应到水性聚氨酯上,对水性聚氨酯涂料进行改性。氨解温度在 00~ 20℃之间,反应时间 00 min左右较合适。改性后水性聚氨酯涂料的性能测试结果表明:将亚麻油的相关性能与聚氨酯优良性能相结合,可以获得性能优良的水性聚氨酯涂料。周应萍等[2 ]采用干性植物油与丙三醇发生醇解反应生成醇解物中间体,此中间体和多功能单体二羟甲基丙酸(DMPA)为复合羟基组分,与TDI/ HDI二异氰酸酯复合组分通过逐步加成聚合,得到常温交联水性聚氨酯树脂。

3 小结

为了更好地提高水性聚氨酯涂料的综合性能,扩大应用范围,近年来对水性聚氨酯进行改性已成为一大热点,许多科研工作者进行了深入、全面的研究,改性方法也日新月异。改性目的主要是增加胶膜的耐水、耐溶剂、耐化学品性、力学性能等综合性能。相信随着科研工作者的不断努力,改性技

(下转第2 页)

3 结论

聚合物水胶乳成膜过程中的颗粒变形已经受到了广泛的研究,然而关于变形机理仍然存在分歧,成膜机理还有待完善。比较一致的看法是取决于粒径的毛细作用力决定乳液的最低成膜温度。另一方面,成膜温度、时间、颗粒大小和高分子的性质显然有重要影响。

( ) 乳胶粒变形力随粒径的减小而增大。粒径越小,则变形力增大程度越大。

(2) 水在乳液的成膜过程中起到了增塑剂的作用,代表增塑程度的ΔT g随粒径的减小而增大,说明水对乳胶粒的增塑程度随粒径的减小而增大。另外,聚合物的亲水性越大,水的塑化作用越大。 (3) 成膜温度与成膜物的MFT差值不能太大,也就是说乳液凝聚成膜需要比较长的时间。升温和热处理有利于聚合物胶乳成膜,但温度太高,成膜虽很快,但由于分子链运动几乎没有约束,分子链在空间构象上的物理缠绕程度减小,形成涂膜抵抗外力的能力下降。

(4) 寡链高聚物由于分子链间的缠结密度比较小和具有较高的构象能,因此成膜变形力大于相互穿透的多分子链聚合物微乳液。可以预测若乳胶粒粒径减小几个纳米,而且一个乳胶粒中仅含有一个或两个大分子链,可能再高玻璃化温度的乳液都可以在室温下成膜。

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收稿日期:2007- 2-04

资助项目:广州市科技攻关(2005Z3-D033 )、山西省自然科学基金(20070 035)、山西省科技攻关(05 50)和山西省高校科技研究开发(2004 25 )

作者简介:吴跃焕:女,副教授,在读博士后;研究方向:涂料用聚合物乳液;E-mail:wuyuehuan 23@ https://www.360docs.net/doc/bb16809852.html,

术将会日益完善,水性聚氨酯新的品种也会不断推出,水性聚氨酯应用领域将越来越广。我国的水性聚氨酯的研究与开发前景十分广阔,市场需求前景十分诱人。

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收稿日期:2008-0 -2

作者简介:柳艳红,女,在读硕士,主要研究方向为精细化工,单位地址:(5 0640)广州市五山,Email: lyh83929@ https://www.360docs.net/doc/bb16809852.html,

(上接第 6页)

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水性聚氨酯树脂改性研究及应用进展1

水性聚氨酯树脂具有硬度高、附着力强、耐腐蚀、耐溶剂好、VOC 含量低等优点,符合发展涂料工业的“三前提”及“四E原则”。然而,一般的聚氨酯乳液的自增稠性差、固含量低、乳胶膜的耐水性差、光泽性较低,涂膜的综合性能较差,为了更好地提高水性聚氨酯涂料的综合性能,扩大应用范围,需对WPU乳液进行适当的改性。目前,其改性途径大致可分为四类:改进单体和合成工艺,添加助剂,实施交联,优化复合。本文主要介绍了环氧树脂改性、聚硅氧烷改性和丙烯酸复合改性、纳米改性、植物油改性、蒙脱土改性、有机氟改性等水性聚氨酯涂料的研究及在木器涂料、汽车涂料、建筑涂料、防腐涂料、织物涂料等方面应用进展。 1 水性聚氨酯树脂改性技术 1.1 传统三大改性方法 目前水性聚氨酯涂料最常见的三大改性方法是环氧树脂改性、有机硅改性、丙烯酸改性。近年来,这类方法已有大量报道。环氧树脂为多羟基化合物,在与聚氨酯反应中可以将支化点引入聚氨酯主链,使之形成部分网状结构而性能更为优异。通过环氧树脂和聚氨酯的接枝反应,制得环氧改性聚氨酯乳液,用其配制水性环氧改性聚氨酯涂料,可以提高化学稳定性、耐腐蚀性和漆膜附着力。 有机硅化合物分子结构中含有元素硅,是属于半有机、半无机结构的高分子化合物,它们兼具有机化合物和无机化合物的特性。用有机硅改性聚氨酯可以弥补水性聚氨酯耐水解性稍差的缺陷,使改性的水性聚氨酯涂料表现出良好的憎水性、表面富集 性、低温柔顺性和优良的生物相容性等。有机硅改性聚氨酯可以通过物理共混来进行,例如,利用水性聚氨酯和聚硅氧烷乳液进行物理共混改性。因此,有机硅改性聚氨酯最常用的方法是共聚改性。通过两端带有反应性官能团的聚硅氧烷低聚物(最常见的是聚二甲基硅氧烷PDMS,或部分甲基被取代后所得聚硅氧烷)与多异氰酸酯经逐步加成,聚合而制得嵌段共聚物。 丙烯酸酯与其他合成高分子树脂相比,具有许多突出的优点。将丙烯酸和聚氨酯两类聚合物在微观状态下制备得到的丙烯酸聚氨酯杂合水分散体,可以获得优势互补性能。水性聚氨酯/丙烯酸酯复合乳液可以将聚氨酯较高的拉伸强度和抗冲强度、优异的耐磨性与丙烯酸酯树脂良好的附着力、耐候性,较低的成本有机结合,制备出高固含量、低成本以及达到使用要求的水性树脂。 此外还可以将聚氨酯-丙烯酸酯-有机硅氧烷三元结合起来,制备水性涂料,它综合了丙烯酸酯、聚氨酯、有机硅三种树脂材料的优点,而且以水作分散介质符合了环保的要求。 1.2 纳米材料改性水性聚氨酯 纳米材料具有表面效应、小尺寸效应、光学效应、量子尺寸效应、宏观量子尺寸效应等特殊性质,可以使材料获得新的功能。 Hsu-Chiang Kuan等[1]合成了一种纳米碳管/水性聚氨酯纳米复合材料,这种水性聚氨酯乳液储存稳定,胶膜的热稳定性提高了26℃,拉伸强度提高了370%,拉伸模量提高了170.6%。胡津昕等[2]以水性聚氨酯为基体聚合物材料,利用高分子纳米微 鲍俊杰1,周海峰1,饶喜梅1,许戈文1,2 (1.安徽大学化学化工学院,合肥230039;2.安徽省绿色高分子重点实验室,合肥230039)摘要:综述了水性聚氨酯的纳米改性、植物油改性、蒙脱土改性、有机氟改性等几种常用的改性方法,指出了不同改性技术的特点、方法以及优势。同时介绍了水性聚氨酯树脂在木器涂料、汽车涂料、建筑涂料、防腐涂料、织物涂料等方面的应用研究进展。 关键词:水性聚氨酯树脂;改性;涂料;进展 中图分类号:TQ630.4+1 文献标识码:A 文章编号:1006-2556(2006)09-0045-04 水性聚氨酯树脂 改性研究及应用进展

水性聚氨酯

水性聚氨酯 引言 为了减少涂料对环境的污染和对消费者健康的损害, 许多国家对溶剂型涂料的限制越来越严格, 从而使涂料由溶剂型向水基型的转变成为必然。早在2005 年我国就已开始控制新的溶剂型涂料生产企业的审批, 到2008 年将对溶剂型涂料的生产和销售实行控制。低污染涂料的发展方向有水性化、高固体分化和粉末化三种。与其他两种涂料相比, 水性涂料因为具有来源方便、易于净化、成本低、黏度低、良好的涂布适应性、无毒性、无刺激及不燃性等特点, 已成为环境友好型涂料的主要发展方向。 一、水性聚氨酯涂料的性能 聚氨酯( PU) 涂料是涂料业中增长速度最快的品种之一。水性聚氨酯( WPU) 涂料是以水性聚氨酯树脂为基础, 以水为分散介质配制的涂料, 除具有水性涂料的特点以外, 它还有以下突出的优点: 1)涂膜对塑料、木材、金属及混凝土等表面的附着力好, 抗磨性、耐冲击性好。脂肪族聚氨酯水性涂料的户外耐久性好, 综合性能接近溶剂型聚氨酯涂料 2) 和其他乳胶涂料相比, 其低温成膜性好, 不需要成膜助剂, 也不需要外加增塑剂、乳化剂或分散剂。 3) 容易通过交联反应进行改性, 可提高耐溶剂性和抗化学性, 改进耐水性, 对颜料( 包括金属颜料) 有良好的适应性, 也可提供高光泽

涂膜。所含羟基可以适用一些交联剂和固化剂, 可进一步改进涂膜性能。 4) PU 分子具有可裁剪性, 结合新的合成和交联技术可有效控制涂料的组成和结构, 为改进其性能提供了更多的途径。WPU 诸多的优点, 使其成为目前发展最快的涂料品种之一。 2 水性聚氨酯涂料的研究进展WPU 分为单组分和双组分。单组分WPU 涂料聚合物的对分子质量较大, 成膜过程中一般不发生交联反应, 具有施工方便的优点; 双组分WPU涂料由含羟基的水性树脂和含异氰酸酯基的固化剂组成, 施工前将两者混合, 成膜过程中发生交联反应, 涂膜性能好。由于在水性聚氨酯分子中引入了亲水基团, 所以耐水性、耐溶剂性和耐候性等较差是WPU 涂料存在的主要问题, 为此, 近几年来国内外学者对WPU 的改性进行了大量研究, 并取得了很大进展。 2. 1. 1 制备方法 单组分聚氨酯水分散体涂料的制备方法通常有强制乳化法和自乳化法。强制乳化法是将PU 预聚物缓慢加入到含乳化剂的水中, 形成粗粒乳液, 再送入均化器形成粒径适当的乳液。该法制备的PU 乳液胶体稳定性较差, 一般适用于材料的表面处理。PU 乳液涂料的制备多采用聚合物自乳化法, 即在聚合物链上引入适量的亲水基团, 在一定条件下自发分散形成乳液[11]的方法。 2. 1. 2 交联改性

聚氨酯的合成工艺

改性水性聚氨酯涂料的合成工艺 引言: 随着人们环保意识的增强,人们对自身的生活环境越来越关注,传统的溶剂型聚氨酯胶粘剂有毒、易燃、异味、易造成空气污染等缺点,而水性涂料具有无毒、不易燃烧、无污染环境等优点,而水性聚氨酯树脂具有硬度高、附着力强、耐腐蚀、耐溶剂好、VOC 含量低等优点,它是以水为分散介质的二元胶体体系,符合目前化工环保的要求,因此日益受到人们的关注。然而,一般的聚氨酯乳液固含量低,胶膜的耐水性差、光泽性较低,涂膜的综合性能较差,对水性聚氨酯乳液进行适当的改性后能更好地提高水性聚氨酯涂料的综合性能,扩大应用范围。在各种改性方法中,最引人注目的是聚氨酯/聚丙烯酸改性(PUA) 复合乳液的研究。PUA 改性树脂将两种材料的最佳性能融合于一体,可制备出高固含量的水性树脂,降低加工能耗,提高生产率,其胶膜柔软、耐磨、耐湿擦、耐水解性能优异。PUA 的研制方法有共混复合、共聚复合、核-壳乳液聚合法和PUA 互穿网络乳液聚合法4 种。其中用环氧树脂E-44 和甲基丙烯酸甲酯(MMA)复合改性水性聚氨酯,丙烯酸羟乙酯(HEA)与MMA 发生共聚反应.制得以丙烯酸酯为核,聚氨酯为壳,HEA 为核壳之间桥连的核壳交联型PUA 复合乳液。这种复合乳液集中了聚氨酯的耐低温、柔软性好、附着力强,丙烯酸酯的耐水和耐候性好,环氧树脂的高模量、高强度、耐化学性好等许多优点。实验研究结果表明:随着环氧树脂E-44 和MMA 添加量增大,胶膜硬度、拉伸强度和耐水性逐渐提高,胶膜断裂伸长率和乳液的稳定性则随着降低,当环氧E-44 含量为4%,MMA含量为20%~30%时综合性能较好。改性后的聚氨酯在下几种用途时有杰出的综合效果:水性聚氨酯木器涂料,水性聚氨酯织物涂料,建筑防水涂料,水性聚氨酯防腐涂料,水性聚氨酯汽车涂料,功能性水性聚氨酯涂料。共聚乳液的制备方法主要有以下几种:(1) 聚氨酯乳液和丙烯酸酯乳液共混,外加交联剂,形成聚氨酯-丙烯酸酯共混复合乳液;(2) 先合成聚氨酯聚合物乳液,以此为种子乳液再进行丙烯酸酯乳液聚合,形成具有核-壳结构的聚氨酯丙烯酸酯复合乳液;(3) 2种乳液以分子线度互相渗透,然后进行反应,形成高分子互穿网络的聚氨酯丙烯酸酯复合乳液;(4) 合成带C═C双键的不饱和氨基甲酸酯单体,然后将该大单体和其它丙烯酸酯单体进行乳液共聚,得到聚氨酯丙烯酸酯共聚乳。 聚氨酯的合成工艺: 1.1 主要原材料准备和精制 异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI),工业品;聚醚多元醇(N220,相对分子质量为2000),工业品;蓖麻油(C.O),分析纯;1,4- 丁二醇(BDO),工业品;三羟甲基丙烷(TMP),试剂级;环氧树脂E- 20,工业品;二羟甲基丙酸(DMPA),工业品;甲基丙烯酸甲酯(MMA),工业品;N- 甲基吡咯烷酮(NMP),工业品;三乙胺(TEA)、乙二胺(EDA)、丙酮,分析纯,使用前用4A 分子筛干燥处理;偶氮二异丁腈(AIBN),化学纯;二月桂酸二丁基锡(DBTDL),分析纯;成膜助剂、流平剂、增稠剂,均为工业品。 1.2光引发剂 作为光固化材料的重要组成部分,光引发剂的作用是吸收一定波长的光能后产生活泼自由基或阳离子,引发或催化相应的单体或预聚物的聚合。在紫外光固化体系中,光引发剂在吸收适当光能后,发生光物理过程至某一激发态,若此时的能量大于键断裂所需的能量,就能产生初级活性种,如自由基或离子,从而引发聚合反应。自由基引发剂有安息香类、苯偶姻类、苯乙酮类、硫杂蒽酮类等,在空气中受O 2 的阻聚作用而影响固化速度。另一种夺氢型引发剂利用叔胺类光敏剂构成引发剂/光敏剂复合引发体系,可抑制O 2 的阻聚作用,提高固化速度。另外,大分子光引发剂分为侧链夺氢型和主链裂解型。二苯甲酮、硫杂蒽酮等光活性芳酮作为侧基接到大分子链上可制得侧链夺氢型大分子光引发剂;主链裂解型不多见,以苯偶姻醚聚碳酸酯为代表,利用这类光引发剂可以合成嵌段共聚物,以获得性能更加平衡或

水性聚氨酯涂料doc

水性聚氨酯涂料的特点及改性应用综述 学院:材料与化工学院 专业:高分子材料与工程 班级:110311班 姓名:李辽辽 学号:110311122 水性聚氨酯涂料的特点及改性应用综述 李辽辽 (班级:11班学号:110311122) 摘要:介绍水性聚氨酯涂料的分类、特点及其改性应用 关键字:水性聚氨酯涂料;改性;应用 0引言 聚氨酯(又称聚氨基甲酸酯)是指分子主链结构中含有氨基甲酸酯(-NH0COO-)重复单元的高分子聚合物,通常由多异氰酸酯与含活泼氢的聚多元醇反应生成。水性聚氨酯(WPU)是以水代替其他有机溶剂作为分散介质的聚氨酯体系,形成的WPU 乳液及其胶膜具有优异的机械性能、耐磨性、耐化学品性和耐老化性等特点,可广泛用于轻化纺织、皮革加工、涂料、建筑和造纸等行业。随着世界各国对环境保护的日益重视,越来越多的学者致力于水性聚氨酯涂料的开发,有效限制挥发性有机溶剂的毒害性。虽然水性聚氨酯具有一些优良的性能,但仍有许多不足之处。如硬度低、耐溶剂性差、表面光泽差、涂膜手感不佳等缺点。由于水性聚氨酯在实际应用中存在诸多问题,因此需要对其进行改性。其改性方法主要包括环氧树脂改性、丙烯酸酯改性、有机硅改性、多元改性等。 2水性聚氨酯涂料的特点与分类 2.1水性聚氨酯涂料的特点[1] 水性聚氨酯涂料是以水为介质的二元胶态体系。它不含或含很少量的有机溶剂,粒径小于0.1nm,具有较好的分散稳定性,不仅保留了传统的溶剂型聚氨酯涂料的一些优良性能,而且还具有生产成本低、安全不燃烧、不污染环境、不易损伤被涂饰表面、易操作和改性等优点,对纸张、木材、纤维板、塑料薄膜、金属、玻璃和皮革等均有良好的粘附性。 2.2水性聚氨酯涂料的分类 目前的水性聚氨酯主要包括单组分水性聚氨酯涂料、双组分水性聚氨酯涂料和特种涂料三大类。 2.2.1单组分水性聚氨酯涂料 单组分水性聚氨酯涂料是以水性聚氨酯树脂为基料并以水为分散介质的一类涂料。通过交联改性的水性聚氨酯涂料具有良好的贮存稳定性、涂膜机械性能、耐水性、耐溶剂性及耐老化性能,而且与传统的溶剂型聚氨酯涂料的性能相近,是水性聚氨酯涂料的一个重要发展方向。目前的品种主要包括热固型聚氨酯涂料和含封闭异氰酸酯的水性聚氨酯涂料等几个品种:a.热固型聚氨酯涂料。交联的聚氨酯能增加其耐溶剂性及水解稳定性。聚氨酯水分散体在应用时与少量外加交联剂混合组成的体系叫热固型水性聚氨酯涂料,也叫做外交联水性聚氨酯涂料。b.含封闭异氨酸酯的水性聚氨酯涂料。该涂料的成膜原料由多异氰酸酯组分和含羟基组分两部分组成。多异氰酸酯被苯酚或其它含单官能团的活泼氢原子的化合物所封闭,因此两部分可以合装而不反应,成为单组分涂料,并具有良好的贮藏稳定性。c.室温固化水性聚氨酯涂料。对于某些热敏基材和大型制件,不能采用加热的方式交联,必须采用室温交联的水性聚氨酯涂料。通过与水分散性多异氰酸酯结合,可以改进水性端羟基聚氨酯预聚物/丙烯

聚氨酯改性防腐涂料

聚氨酯改性防腐涂料 【产品说明】 这是一种高效钢结构防护涂料,有效成分为高分子羟基丙烯酸、聚酯聚合物、聚氨酯组成。 【设计用途】 多种机械、设备、化工、环保、冶金行业钢结构设施等钢结构设施及输油输气输水管道、煤气柜等作原有结构修补和新建结构防腐系统。 涂膜具有优良附着力,对钢和镀锌钢、轻金属均有优异的粘结强度。 优良的耐干湿交替性和耐润滑油、优良的三防性能和耐湿热性能。 涂膜干燥快,耐水、耐酸碱盐。 物理机械性能较好,漆膜可低温烘烤。 该类型涂料常温自干,适合没有烘干设备的工厂和现场钢结构。 不适合暴露在高浓度的酸、碱、油品、长时间浸渍水环境中。 其中 hairun 6031各色室内磁漆,双组份包装 hairun 6032少数几种惰性色室外磁漆(灰白黑红绿黄),双组份包装 hairun 6033闪光银、非闪光银、金属色磁漆,双组份包装 hairun 6034各色高光室内磁漆,双组份包装 其它可以覆涂的产品及对本产品的适用持有怀疑,请咨询技术部门。 【基本数据】 最小用量 理论用量 推荐干膜厚度理论涂布率 指触干 重涂间隔 完全固化 闪点 贮存稳定性 颜色及外观适用期, h 干燥时间,h 0.06-0.08kg/m2/道 不足以形成有效的体系,膜厚可按需调整,但会改变用量和影响干燥。约0.14-0.16kg/m2 约35μm×2道 约7.1m2/kg/道(9.2m2/L/道) 必须考虑适当的损耗系数。 ≤0.2h 最少24h ,最多48h(越期应磨粗表面,必要时使用雾层环氧过渡层) 24h-7d ≥23℃ 阴凉干燥处密闭贮存至少12个月,此后应在实施质量检查后再使用。更长的储存期会影响涂料的施工性及银粉面漆的纯度和亮度。 储存期间应远离热源、火源、强氧化剂,避免接触水汽。 符合标准或指引色,色差在允许范围,漆膜平整 ≥8 表干≤4;实干≤24

水性聚氨酯的合成

闫福安,陈俊 (武汉工程大学化工与制药学院,武汉430073) 摘要:对水性聚氨酯的合成单体、合成原理、合成工艺及改性方法作了介绍。水性聚氨酯合成技术不断完善,市场正在推进,国内相关企业和研究机构应加强合作,从分子设计出发,不断推进水性聚氨酯产业的技术进步和市场推广。 关键词:水性聚氨酯;合成;改性 0引言 聚氨酯是综合性能优秀的合成树脂之一。由于其合成单体品种多、反应条件温和、专一、可控,配方调整余地大及其高分子材料的微观结构特点,可广泛用于涂料、黏合剂、泡沫塑料、合成纤维以及弹性体,已成为人们衣、食、住、行必不可少的材料之一,其本身就已经形成了一个多品种、多系列的材料家族,形成了完整的聚氨酯工业体系,这是其它树脂所不具备的。据有关报道,在全球聚氨酯产品的消耗总量中,北美洲和欧洲占到70%左右。美国人均年消耗聚氨酯材料约5.5kg,西欧约4.5kg,而我国的消费水平还很低,年人均不足0.5kg。溶剂型的聚氨酯涂料品种众多、用途广泛,在涂料产品中占有非常重要的地位。水性聚氨酯的研究始自20世纪50年代,60、70年代,对水性聚氨酯的研究、开发迅速发展,70年代开始工业化生产用作皮革涂饰剂的水性聚氨酯。进入90年代,随着人们环保意识以及环保法规的加强,环境友好的水性聚氨酯的研究、开发日益受到重视,其应用已由皮革涂饰剂不断扩展到涂料、黏合剂等领域,正在逐步占领溶剂型聚氨酯的市场。在水性树脂中,水性聚氨酯仍然是优秀树脂的代表,是现代水性树脂研究的热点之一。 1水性聚氨酯的合成单体 1.1多异氰酸酯(polyisocynate) 多异氰酸酯可以根据异氰酸酯基与碳原子连接的部位特点,可分为四大类:芳香族多异氰酸酯(如甲苯二异氰酸酯,TDI)、脂肪族多异氰酸酯(六亚甲基二异氰酸酯,HDI)、芳脂族多异氰酸酯(即在芳基和多个异氰酸酯基之间嵌有脂肪烃基-常为多亚甲基,如苯二亚甲基二异氰酸酯,XDI)和脂环族多异氰酸酯(即在环烷烃上带有多个异氰酸酯基,如异佛尔酮二异氰酸酯,IPDI。芳香族多异氰酸酯合成的聚氨酯树脂户外耐候性差,易黄变和粉化,属于“黄变性多异氰酸酯”,但价格低,来源方便,在我国应用广泛,如TDI常用于室内涂层用树脂;脂肪族多异氰酸酯耐候性好,不黄变,其应用不断扩大,欧美发达国家已经成为主流的多异氰酸酯单体;芳脂族和脂环族多异氰酸酯接近脂肪族多异氰酸酯,也属于“不黄变性多异氰酸酯”。水性聚氨酯合成用的多异氰酸酯主要有TDI、IPDI、HDI、TMXDI(四甲基苯二亚甲基二异氰酸酯)。TMXDI可直接用于水性体系,或用于零VOC水性聚氨酯的合成。

水性聚氨酯丙烯酸酯复合乳液的合成研究

第19卷第3期 厦门理工学院学报Vol.19No.32011年9月Journal of Xiamen University of Technology Sep.2011 [收稿日期]2010-11-19[修回日期]2011-07-08 [基金项目]漳州职业技术学院科研计划项目(ZZY1111) [作者简介]陈建福(1982-),男,助教,硕士,从事应用化学研究.E- mail :qjf1996@https://www.360docs.net/doc/bb16809852.html, 水性聚氨酯丙烯酸酯复合乳液的合成研究 陈建福 (漳州职业技术学院食品与生物工程系,福建漳州363000) [摘要]采用种子溶胀乳液聚合法,以水性聚氨酯为种子,甲基丙烯酸甲酯和丙烯酸丁酯为单体制 备水性聚氨酯丙烯酸酯复合乳液,考察了聚合温度、搅拌速度、引发剂种类、引发剂用量及反应时间对聚合过程的影响.结果表明:适宜的聚合温度控制为85?;适宜的搅拌速率为150 250r /min ;采用水溶性引发剂时引发效率较高,过硫酸钾的最佳用量为0.8%;随着反应时间的增加,乳液粒径先减小后增大. 用红外光谱对聚氨酯丙烯酸酯乳液进行分析,表明丙烯酸酯参与了反应. [关键词]水性聚氨酯;丙烯酸酯;复合乳液;合成 [中图分类号]TQ323.8[文献标志码]A [文章编号]1008-3804(2011)03-0069-05 随着人们对清洁生产方式、环保法规的日益关注以及石油化工产品成本的不断升高,水性涂料越 来越受到人们的关注 [1-3].水性聚氨酯涂料是以水替代有机溶剂作为分散介质发展起来的新兴高分子材料,水性聚氨酯特殊的分子结构及聚集状态使其具有优良的耐磨蚀、柔韧性、附着力、耐化学品及软硬随温度变化不大等优点,但水性聚氨酯乳液的自增稠性差、固含量偏低、涂膜的耐水性和光泽性 不足[4-6] .丙烯酸酯类乳液则具有良好的耐水性、耐候性及物理机械性能,用丙烯酸酯类乳液对水性聚氨酯进行改性,可以把两者的性能有机结合起来,从而制备综合性能优良的水性聚氨酯丙烯酸酯(PUA )复合乳液[7-8].本文采用种子溶胀乳液聚合法,不外加乳化剂,合成稳定性好、综合性能优良的丙烯酸酯共聚改性水性聚氨酯乳液,对合成工艺条件进行了系统的探讨.1 实验部分1.1主要原料和试剂 甲苯二异氰酸酯(TDI )、聚酯多元醇(M n =2000)、二羟甲基丙酸(DPMA ),工业级;N ,N -二甲基甲酰胺(DMF )、三乙胺(TEA )、乙二胺,分析纯,用4A 分子筛脱水;甲基丙烯酸甲酯(MMA )、丙烯酸丁酯(BA )、二月桂酸二丁基锡(DBTDL )、过硫酸钾(KPS )、过硫酸铵(APS )、过氧化苯甲酰(BPO )、偶氮二异丁腈(AIBN )等为化学纯,其他试剂均为分析纯. 1.2PUA 复合乳液的制备 将一定量的聚酯多元醇在120?真空脱水,将计量好的甲苯二异氰酸酯缓慢滴加到装有冷凝管、机械搅拌和通氮管的三口烧瓶里,升温到75?反应2h ,加入DMPA 及催化剂,升温到85?反应,隔一定时间取样并测定异氰酸酯基含量(NCO%,质量分数,下同),当NCO%达到理论值时降温到40?,加入丙烯酸酯以降低体系粘度,用三乙胺中和,然后在快速搅拌下加入含有乙二胺的去离子水进行乳化分散,再将乳液升温至85?,加入剩余量的丙烯酸酯单体,并在3h 内滴完引发剂,保温2h 后出料. 1.3性能测试与表征 1)异氰酸酯基含量的测定

水性聚氨酯的制备及改性方法

聚氨基甲酸酯(polyurethane),简称聚氨酯(PU),是分子结构中含有重复氨基甲酸酯(-NHCOO-)结构的高分子材料的总称。聚氨酯一般由二异氰酸酯和二元醇或多元醇为基本原料经加聚反应而成,根据原料的官能团数不同,可制成线形或体形结构的聚合物,其性能也有差异。聚氨酯具有良好的力学性能、粘结性能及耐磨性等,在各领域得到了广发应用。 由于溶剂型聚氨酯的溶剂为有机物,具有挥发性,不仅污染环境,而且对人体有害。在人们日益重视环境保护的今天以及环保法规的确立,溶剂型涂料中的有机化合物的排放量受到了严格的控制,因此,开发污染小的水性涂料已成为研究的主要方向。水性聚氨酯(WPU)具有优异的物理机械性能,其不含或含有少量可挥发性有机物,生产施工安全,对环境及人体基本无害,符合环保要求。其生产方法分为外乳化法和内乳化法,外乳化法又称强制乳化法,由使用这种方法得到的乳液稳定性较差,所以使用较少。目前使用较多的是内乳化法,也称自乳化法,即在聚氨酯分子链上引入一些亲水性基团,使聚氨酯分子具有一定的亲水性,然后在高速分散下,凭借这些亲水基团使其自发地分散于水中,从而得到WPU。 然而,亲水基团的引入在提高聚氨酯亲水性的同时却降低了它的耐水性和拒油性。为了改善其耐水性和拒油性,通常是将强疏水性链段引入聚氨酯结构之中。有机硅、有机氟由于其表面能低和热稳定性好受到人们的重视,已经得到了广泛应用。同时利用纳米材料来提高涂膜的光学、热学和力学性能。纳米改性WPU 完美地结合了无机物的刚性、尺寸稳定性、热稳定性及WPU的韧性、易加工性,纳米改性WPU为涂料向高性能化和多功能化提供了崭新的手段和途径,是最有前途的现代涂料研究品种之一。[1] 1.2 水性聚氨酯的基本特征及发展历史 1937年德国的Otto Bayer博士首次将异氰酸酯用于聚氨酯的合成。直到1943年德国科学家Schlack在乳化剂或保护胶体存在的情况下,将二异氰酸酯在水中乳化并在强烈搅拌下加入二胺,首次成功制备了水性聚氨酯。1975年研究者们向聚氨酯分子链中引入亲水成分,从而提高了水性聚氨酯的乳液稳定性和涂膜性能,其应用领域也随之拓广。进入21世纪以来,随着水性聚氨酯乳液应用范围的进一步拓宽,世界范围内日益高涨的环保要求,进一步加快了水性聚氨酯工业发展的步伐。[2] 相对于国外,国内的水性聚氨酯发展较晚。我国水性聚氨酯的研究开始于上世纪七十年代,1976年沈阳皮革研究所最早研制出用于皮革涂饰用的水性聚氨

有机硅改性水性聚氨酯

有机硅改性水性聚氨酯-聚丙烯酸酯乳液的研究 李伟,胡剑青,涂伟萍 (华南理工大学化工与能源学院,广州510640) 摘要:以聚酯多元醇、异佛尔酮二异氰酸酯、甲基丙烯酸甲酯等为原料,合成了水性聚氨酯丙烯酸乳液,加入含侧氨基和不饱和双键的有机硅氧烷进行扩链改性,得到了一系列有机硅改性的聚氨酯丙烯酸乳液。对得到的产物进行了表征,对改性前后的体系涂膜的性能进行了比较,结果表明,用有机硅改性的聚氨酯丙烯酸乳液形成的涂膜接触角更大、附着力更强、具有更好的耐水性,但硬度稍有下降。 关键词:水性聚氨酯;有机硅;接触角;耐水性;柔韧性 0引言 水性聚氨酯(WPU)涂料有良好的物理机械性能和优良的耐寒性。但是单一的PU乳液存在自增稠差、固含量低、耐水性差、机械强度不如丙烯酸树脂等缺点,且成本较高。而聚丙烯酸酯(PA)乳液在性能上能与聚氨酯乳液形成互补,所以将聚氨酯乳液和聚丙烯酸乳液复合制备水 性聚氨酯-丙烯酸酯(PUA)乳液,兼有聚氨酯和聚丙烯酸酯乳液的优点,有很好的应用前景。有机硅树脂表面能低,耐水性、耐候性以及透气性优良,已经广泛用于聚氨酯改性,采用合适化学方法用有机硅对水性聚氨酯-聚丙烯酸酯进行改性,可以得到有良好耐水性以及力学性能的涂膜。本文在聚氨酯链段上引入了几种有机硅氧烷,对得到的产物进行了表征及性能对比,制得了具有优良耐水性及力学性能的聚氨酯-聚丙烯酸酯乳液[1-2]。 1实验 1.1原料 异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、己内酯二元醇(PCL)(M n=2000):工业品,拜耳公司;1,4-丁二醇(BDO):化学纯,上海凌峰化学试剂公司;二羟甲基丙酸(DMPA):工业品,进口;三羟甲基丙烷(TMP):试剂级,上海试剂一厂;N-甲基吡咯烷酮(NMP)、三乙胺(TEA)、乙二胺(EDA)、丙酮:分析纯,湖北大学化工厂;有机硅Z-6011、有机硅Z-6020、有机硅Z-6032:道康宁公司。 1.2合成工艺 1.2.1PU乳液的合成 将聚酯多元醇进行脱水处理后加入到装有搅拌器、冷凝管、温度计的四口烧瓶中,水浴升温到75~80℃后,加入IPDI,开动搅拌反应1.5~2h,后加入1,4-丁二醇,80℃反应1~1.5h,然后降温到70℃加入二羟甲基丙酸(溶于NMP中)和三羟甲基丙烷,反应2~3h,期间注意用丙酮调节黏度,后降温至50℃以下,加入有机硅后再加三乙胺中和15~20min,出料,在高速剪切下于去离子水中乳化分散,加入乙二胺扩链。减压脱去溶剂,最后得到半透明的带蓝光的PU乳液。 1.2.2PUA乳液的合成 将PU乳液、乳化剂、水混合后置于四口烧瓶中,搅拌加入含有引发剂AIBN的BA溶液,预乳化一段时间于80℃聚合3h,再升温至90℃反应1h,降至室温,出料,得到PUA乳液。 1.3乳液的成膜性能测试 (1)耐水性测试[3]:取适量的乳液涂在聚四氟乙烯板上,室温干燥7d成膜,将膜剪成 2cm×2cm的小块,称质量(m0),然后在水中浸泡一定时间,取出后吸干表面上的液体,称质量(m1)。计算膜的吸水率: 吸水率=(m1-m0)/m0×100% 用上海中晨数字技术设备有限公司JC2000C1型静滴接触角测量仪测量接触角; (2)硬度测试:根据GB/T1730—1993,使用QYB型漆膜摆杆硬度计测量; (3)附着力测试:根据GB1720—1979(1989)测量;

纳米材料改性水性聚氨酯的研究进展

纳米材料改性水性聚氨酯的研究进展 综述了纳米材料改性水性聚氨酯几种常用方法的特点和研究进展,指出了纳米材料改性水性聚氨酯存在的问题。 标签:水性聚氨酯(WPU);纳米材料;方法;改性 1 前言 近年来,随着人们环保意识的增强,水性聚氨酯(WPU)受到越来越多学者的关注。WPU是以水为分散介质的二元胶态体系,具有不污染环境、VOC(有机挥发物)排放量低、机械性能优良和易改性等优点,使其在胶粘剂、涂料、皮革涂饰、造纸和油墨等行业中得到广泛应用[1~4]。但在制备WPU过程中由于引入亲水基团(如-OH、-COOH等),因此存在固含量低,耐水性、耐热性和耐老化性差等缺陷,从而限制了其应用范围。 纳米材料具有小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应及宏观量子隧道效应等特殊性质,为各种材料的改性开辟了崭新的途径。通过纳米材料改性的WPU,其成膜性、耐水性和耐磨性等性能均得到显著提高[5]。 2 纳米材料改性WPU的方法 2.1 共混法 共混法即纳米粒子在WPU中直接分散。首先是合成各种形态的纳米粒子,再通过机械混合的方法将纳米粒子加入到WPU中。但在该方法中,由于纳米粒子颗粒比表面积大,极易团聚。为防止纳米粒子团聚,科研工作者对纳米材料进行表面改性来提高其分散性,改善聚合物表面结构以提高其相容性。 李莉[6]等利用接枝改性后的纳米SiO2和TiO2与WPU共混,制备了纳米材料改性水性WPU乳液。研究发现,纳米粒子在乳液中分散均匀,无团聚现象;改性后的WPU乳液力学性能比未改性前得到改善和提高;当纳米粒子添加量为0.5%时,WPU乳液的力学性能最佳,吸水性降低了70%,添加的纳米粒子对波长290~400 nm的紫外光有吸收。 李文倩[7]等采用硅烷偶联剂(KH560)对纳米SiO2溶胶进行表面改性,然后将其与WPU共混制备出了WPU/SiO2复合乳液,考查了改性纳米溶胶含量对复合乳液及其涂膜性能的影响。结果表明,当纳米SiO2/KH560物质的量比为6:1时,改性后的纳米SiO2溶胶的粒径最小且分布较均一。KH560的加入使纳米SiO2粒子更均匀地分散在聚氨酯乳液中,且SiO2粒子与聚氨酯乳液之间存在一定键合作用,使涂层的耐热性得到显著增强。当改性SiO2溶胶添加量为5%~10%时,涂膜的硬度、耐磨性、耐划伤性、耐水性等性能明显提高。

丙烯酸改性水性聚氨酯涂料研究与应用

丙烯酸改性水性聚氨酯涂料的研究与应用 摘要:本文主要综述了丙烯酸改性水性聚氨酯涂料的目前研究状况及其应用,介绍其国内外发展状况,研究进展以及其特性。 关键词:聚氨酯、涂料、丙烯酸、改性、发展状况. 涂料是起保护、装饰和功能作用的一类精细化工产品。它广泛应用于各类建筑物的装饰保护、各类钢铁设施(如码头、海洋石油钻井平台、石油化工装备、输送管道、输变电塔和桥梁等)的防腐保护以及各种工业制品(如飞机、火箭、人造卫星、汽车、船舶、机械电子和轻工家电等)的装饰保护等,可以说涂料在人民的生活中已无处不在,涂料已经与国民经济的各行各业紧密联系在一块了,因此涂料的生产和消费水平已成为一个国家经济发展水平的重要标志之一。 水性涂料由于以水为分散介质,而且由于水性涂料主要由水作为溶剂,不仅成本会远低于有机溶剂(可比溶剂型涂料低20%),还具有运输、贮存安全方便,可节约大量安全经费等优点。涂料的性能主要取决于基料,要提高水性涂料的性能,应该从研究开发高性能水性树脂着手。目前水性涂料中应用最多的是聚氨酯(PU)乳液和聚丙烯酸酯(PA)乳液,二者在性能上具有很强的互补性,由二者通过化学共聚改性得到的聚氨酯一丙烯酸酯(PUA)复合乳液可以配制性能优异的水性涂料,并可用作塑料涂料、汽车修补用罩光涂料以及一般工业用涂料等。 聚氨酯从20世纪30年代开始发展,而在40年代才有少量水性聚氨酯的研究,如1943年德国化学家Schlack在乳化剂及保护胶体存在下,将二异氰酸酯在水中乳化首次成功制备出聚氨酯乳液。1953年Du Pont公司的研究人员将二异氰酸酯基团聚氨酯预聚体的甲苯溶液分散于水,用二元胺扩链,合成了水性聚氨酯。但是当时聚氨酯材料科学刚刚起步,水性聚氨酯还未受到重视直至1967年才首次工业化,1972年拜耳公司正式将聚氨酯水分散体作为皮革涂料进行大批量生产。20世纪七八十年代,美、德、日等国的一些水性聚氨酯产品已从试制阶段发展为实际生产和应用,一些公司有多种牌号的水性聚氨酯产品供应,如德国Bayer公司的Dis percoll KA等系列、美国Wyandotte化学公司的X及E等系列、日本光洋产业公司的水性乙烯基聚氨酯胶黏剂KR系列等。自20世纪90年代后期,水性聚氨酯的应用领域开始不断拓宽,在PVC黏结、汽车内饰件、涂层、涂料等方面都有一定的工业化应用. 我国从1972年开始研究水性聚氨酯,20世纪90年代,安徽大学、丹东轻化工研究院、成都科技大学(现四川大学分部)等的PUD技术成果都先后被转化。目前,我国已有不少领域应用水性聚氨酯产品,但其中许多高档产品仍然不能自给,因此自主研发高性能水性聚氨酯就成为国内聚氨酯领域最热门的方向之一。 1.水性聚氨酯的性能特点: 水性聚氨酯包括聚氨酯水溶液,水分散液和水乳液,是以水为介质的二元胶态体系。它不含或含很少量的有机溶剂,其粒径小于0.1,具有较好的分散稳定性,不仅保留了传统的溶剂型聚氨酯的一些优良性能,而且还具有生产成本低、安全不燃烧、不污染环境、不易损伤被涂饰表面、易操作和改性等优点对纸张、 -1-

对水性聚氨酯的合成、优化及实践论述

对水性聚氨酯的合成、优化及实践论述 发表时间:2019-08-28T13:11:33.453Z 来源:《建筑细部》2018年第29期作者:余渡江 [导读] 本文主要分析了水性聚氨酯的合成以及优化、实践内容,重点分析了水性聚氨酯的合成及优化方法。 余渡江 红宝丽集团股份有限公司江苏南京 210000 摘要:本文主要分析了水性聚氨酯的合成以及优化、实践内容,重点分析了水性聚氨酯的合成及优化方法。通过对于水性聚氨酯的合成、优化以及实践分析,不仅有助于实现水性聚氨酯的改进和优化,而且也推动其性能的完善。通过对水性聚氨酯的研究,力求在实践中不断积累经验,推动其改性研究。 关键词:水性聚氨酯;合成;优化;实践 1 水性聚氨酯合成及优化技术分析 据有关调查显示,我国大多数材料行业对于水性聚氨酯的合成及优化研究是需要结合技术发展水平而展开的。对于水性聚氨酯的合成以及优化技术进行分析,需要从水性聚氨酯的本质出发,实现对其合成过程的掌握基础上的优化分析。下面对于水性聚氨酯对的合成以及优化技术进行详细的分析。 1.1 合成技术分析 在对于水性聚氨酯的合成研究之前,需要对于水性聚氨酯的产生以及作用进行必要的掌握,这有助有后期对具体的合成路径进行必要的分析和掌握,进而帮助合成的完善。具体而言,水性聚氨酯是一种利用聚氨酯粒子来通过一系列的分化实验得出的高分子材料。在水性聚氨酯的应用上也主要倾向于在工业中的多功能应用聚合材料,大多常见于各种施工环境中。由于,水性聚氨酯具有污染性低、安全性高等优点,其在实际应用时可以有效的降低危险和污染程度,由此就导致水性聚氨酯的利用率大大增加。但随着社会的发展,对于水性聚氨酯的应用上也需要针对时代的变化对其合成路径和方法进行必要的研究和分析,实现其技术突破和性能完善。 一般而言,在水性聚氨酯的合成上现阶段的合成方法主要是通过对植物油、松香、淀粉以及纤维素等成分应用到实际的水性聚氨酯制备环节,并在改善水性聚氨酯构造的基础上,实现其性能的完善和合成效果的增加。对于不同的原料进行合成元素分析,其主要内容在于通过掌握原料在水性聚氨酯合成中占据的地位和应用的环节进行针对性试验,对水性聚氨酯进行改性处理和性能的完善。不同原料的应用对于实际的水性聚氨酯合成效果也是有所差异的,具体的差异见表1 表1 不同原料合成水性聚氨酯性能对比 1.2 水性聚氨酯的优化分析 调查显示,对于水性聚氨酯的合成和优化分析技术应用需要结合实际的水性聚氨酯的改性实验而展开,进而更好的达到一定的优化效果。具体而言,在水性聚氨酯的优化上只要是针对上文中提到的各种原料在水性聚氨酯合成的应用,进而在不断丰富水性聚氨酯性能的基础上实现对其性能的优化和相应效果的发挥。在水性聚氨酯的合成中加入上述因素不仅在初步实现了水性聚氨酯的性能优化,而且需要在不断试验的同时完善相应的构成因素分析,控制原料的添加范围和具体效果发挥程度,最终实现对水性聚氨酯的优化分析。 2 水性聚氨酯的实践应用 上面已经对水性聚氨酯的合成以及相应的优化方案进行了大致的分析和基础合成理论介绍,可以发现:在水性聚氨酯的合成及优化上需要结合实际的水性聚氨酯研究内容而展开,进一步丰富水性聚氨酯的相关理论。根据以上信息以及水性聚氨酯在实际材料应用中存在的问题,进而采取针对性措施进行水性聚氨酯性能的优化和研究。下面对于水性聚氨酯在实际中的应用进行分析,为后期的改进奠定基础。在水性聚氨酯的实践应用上,在现阶段的水性聚氨酯的运用中一方面在于通过各种改性研究和具体的改性方法实践来实现对水性聚氨

水性聚氨酯的合成与改性_闫福安

CHINA COATINGS 2008年第23卷第7期 15 0 引 言 聚氨酯是综合性能优秀的合成树脂之一。由于其合成单体品种多、反应条件温和、专一、可控,配方调整余地大及其高分子材料的微观结构特点,可广泛用于涂料、黏合剂、泡沫塑料、合成纤维以及弹性体,已成为人们衣、食、住、行必不可少的材料之一,其本身就已经形成了一个多品种、多系列的材料家族,形成了完整的聚氨酯工业体系,这是其它树脂所不具备的。 据有关报道,在全球聚氨酯产品的消耗总量中,北美洲和欧洲占到70%左右。美国人均年消耗聚氨酯材料约5.5 kg,西欧约4.5 kg,而我国的消费水平 还很低,年人均不足0.5 kg。 溶剂型的聚氨酯涂料品种众多、用途广泛,在涂料产品中占有非常重要的地位。水性聚氨酯的研究始自20世纪50年代,60、70年代,对水性聚氨酯的研究、开发迅速发展,70年代开始工业化生产用作皮革涂饰剂的水性聚氨酯。进入90年代,随着人们环保意识以及环保法规的加强,环境友好的水性聚氨酯的研究、开发日益受到重视,其应用已由皮革涂饰剂不断扩展到涂料、黏合剂等领域,正在逐步占领溶剂型聚氨酯的市场。在水性树脂中,水性聚氨酯仍然是优秀树脂的代表,是现代水性树脂研究的热点之一。 水性聚氨酯的合成与改性 □ 闫福安,陈 俊 (武汉工程大学化工与制药学院,武汉 430073) 摘要:对水性聚氨酯的合成单体、合成原理、合成工艺及改性方法作了介绍。水性聚氨酯合成技术不断完善,市场正在推进,国内相关企业和研究机构应加强合作,从分子设计出发,不断推进水性聚氨酯产业的技术进步和市场推广。 关键词:水性聚氨酯;合成;改性 中图分类号:TQ630 文献标识码:A 文章编号:1006-2556(2008)07-0015-08 Synthesis and modifi cation of water-borne PU Yan fuan, Chen jun (School of Chemical Engineering and Pharmacy, Wuhan Institute of Technology, Wuhan 430073, Hubei Province) Abstract: This paper introduces water-borne PU about its monomers, synthesis mechanism, and synthesis technology and modifi cation methods. Relevant enterprises and research institutes China should strengthen the work cooperatively on molecule design, to promote the continuously progressing synthesis technology and the growing market of water-borne PU. Keywords: water-borne PU, synthesis, modifi cation 编者按:本文搜集了相关的情报资料,比较全面地阐述水性聚氨酯的合成技术。相应地,嘉宝莉朱延安、中国科技大章鹏进行了这方面的研发和实验实践。相比之下,为改善PUD分散体涂膜力学性能,选用聚碳酸酯型方向是可行的,但在水性木器涂料中的应用,应综合考虑制造成本、涂料使用范围、对涂膜光泽大小不同要求等方面因素;软段多元醇的选用不可能单一型,可以选用混合型,如PCD与PCL混合,或PCD与聚醚型混合,否则单用PCD,因价格太贵或存在功能过剩,影响水性聚氨酯涂料的推广应用与市场定位。 TECHNICAL PROGRESS DOI:10.13531/https://www.360docs.net/doc/bb16809852.html,ki.china.coatings.2008.07.007

水性聚氨酯合成、改性及应用前景

水性聚氨酯合成、改性及应用前景 摘要:随着水性聚氨酯合成与改性工艺的不断进步,水性聚氨酯的应用也得到了极大地提升,反过来由于水性聚氨酯涂料的优异性能以及其极好的应用前景近些年来有关于水性聚氨酯的合成与改性研究也是如火如荼。本文主要介绍了水性聚氨酯涂料的合成方法,综述了水性聚氨酯的改性方法,包括丙烯酸酯改性、环氧树脂改性、有机硅改性、纳米材料改性和复合改性,并对水性聚氨酯涂料的发展进行了展望。 关键字:水性聚氨酯;合成;改性;丙烯酸酯;有机硅。 水性聚氨酯是以水代替有机溶剂作为分散介质的新型聚氨酯体系,也称水分散聚氨酯、水系聚氨酯或水基聚氨酯。水性聚氨酯以水为溶剂,无污染、安全可靠、机械性能优良、相容性好、易于改性等优点。水性聚氨酯可广泛应用于涂料、胶粘剂、织物涂层与整理剂、皮革涂饰剂、纸张表面处理剂和纤维表面处理剂。水性聚氨酯虽然具有很多优良的性能,但是仍然有许多不足之处。如耐水性差、耐溶剂性不良、硬度低、表面光泽差等缺点,由于水性聚氨酯的这些缺点,我们需要对其进行改性,目前常见的改性方法有丙烯酸酯改性、环氧树脂改性、有机硅改性、纳米材料改性和复合改性等,本文将对水性聚氨酯的合成与改性进行阐述。 一、水性聚氨酯的合成 水性聚氨酯的制备可采用外乳化法和自乳化法。目前水性聚氨酯的制备和研究主要以自乳化法为主。自乳化型水性聚氨酯的常规合成工艺包括溶剂法(丙酮法)、预聚体法、熔融分散法、酮亚胺等。丙酮法是先制得含端基的高粘度预聚体,加入丙酮、丁酮或四氢呋喃等低沸点、与水互溶、易于回收的溶剂,以降低粘度,增加分散性,同时充当油性基和水性基的媒介。反应过程可根据情况来确定加入溶剂的量,然后用亲水单体进行扩链,在高速搅拌下加入水中,通过强力剪切作用使之分散于水中,乳化后减压蒸馏回收溶剂,即可制得PU 水分散体系。

有机硅及其改性涂料

有机硅及其改性涂料 简介:有机硅树脂涂料是以有机硅树脂或改性有机硅树脂为主要成膜物质,是一种元素有机涂料,简称有机硅涂料。元素有机涂料是由元素有机聚合物为主要成膜物质的涂料总称,包括有机硅、有机钛、有机氟、有机铝、有机锆涂料等。其中,有机硅树脂涂料产量最大。元素有机涂料是介于有机高分子和无机化合物之间的一种化合物,具有特殊的热稳定性、绝缘性,耐高温、耐化学品性、耐水、耐候性等特点,广泛地应用于国防工业、电器工业等行业。 性能:有机硅树脂涂料的性能如下: 有机硅树脂涂料是一种价格较贵的耐热性、耐寒性、耐候性突出的绝缘涂层。 ①有机硅树脂涂料的耐热性强 这是有机硅树脂涂料最大的特点。纯有机硅树脂清漆可耐200-250℃高温,当与片状铝粉、玻璃料、耐热填料等配制的涂料可耐300-700℃高温,改性有机硅树脂与耐高温颜料可制得耐200-300℃高温的涂料。漆膜干燥后耐沸水煮和耐过热水蒸气。 ②有机硅树脂涂料的耐候性优异 纯有机硅树脂涂料在-50℃条件下仍然具有较好的冲击强度和柔韧性,采用聚酯改性后,可在低温-80℃下使用。 ③有机硅树脂涂料的绝缘性突出 在高温和潮湿条件下具有较好的电绝缘性,可达H级,击穿电压达60-100kV/mm。 ④有机硅树脂涂料的耐化学腐蚀性较强 在100℃,3%碱液浸泡100h或者5%盐水浸泡70h条件下漆膜无变化。但耐稀盐酸、稀硫酸腐蚀性能不佳,以及耐油性不强,可做润滑油,遇汽油会变软。 ⑤有机硅树脂涂料的防霉性较高 有机硅树脂涂料不含油的成分,霉菌无法在漆膜上生存,防霉性能较好。 ⑥有机硅树脂涂料的附着力较好 有机硅树脂涂料适合以钢铁、玻璃、铝为基体。 ⑦有机硅树脂涂料的固化温度高 多数有机硅树脂涂料需要高温烘烤。 ⑧有机硅树脂涂料的耐有机溶剂差。 ⑨纯有机硅树脂涂料黏度低,与颜料制成的磁漆易沉淀。 表1列出了云母粘结绝缘漆的主要性能指标。 表1云母粘结绝缘漆的主要性能指标 分类: (1)按涂料组分 有机硅树脂涂料可分为纯有机树脂涂料和改性有机硅树脂涂料。 纯有机硅涂料是纯有机硅树脂溶于二甲苯而形成的,具有较好的耐热性、耐候性、耐蚀

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