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基于聚碳酸亚丙酯二元醇的水性聚氨酯的制备及其在水性木器涂料中

来源:未知 作者:admin 时间:2019-11-14 点击:
导读:水性聚氨酯乳液作为水性木器涂料的成膜树脂之一,对木器涂料的性能起着至关重要的作用。采用聚碳酸亚丙酯(PPC)和聚己内酯(PCL)为软段,制备PPC型水性聚氨酯乳液(PPC-PUD),采用动态光散射(DLS)对所合成PPC型水性聚氨酯乳液粒径进行分析,采用所制备的水性聚氨酯作为成膜
基于聚碳酸亚丙酯二元醇的水性聚氨酯的制备及其在水性木器涂料中的应用研究
许宁1,杨劲松1,2,朱太1,林建新1,徐玉俊1,徐玉华1,许海燕2,戎佳萌2(1.江苏中科金龙化工有限公司,江苏泰兴225419;2.中国科学技术大学高分子科学与工程系,合肥230026)

0 前言
由于性能优异以及长期的使用习惯,目前溶剂型涂料仍广泛应用于家具制造行业。为改善空气质量,环保部门针对家具企业污染物排放的各项标准和淘汰制度不断出台,其中对于家具企业使用溶剂型涂料的限制力度不断增加。与溶剂型木器涂料相比,水性木器涂料的环保优势非常明显。水性木器涂料的VOC排放量仅为传统溶剂型涂料的1/10左右。因此,开发综合性能优异的水性木器涂料,替代溶剂型木器涂料,是木器用涂料行业的重点方向之一。
水性木器涂料中对性能影响较大的组分是其中的成膜树脂。常用的成膜树脂包括丙烯酸乳液和水性聚氨酯乳液等。水性聚氨酯因其环保特性和性能可自由调节在水性木器涂料领域受到广泛青睐。对于水性聚氨酯来说,其中的软段种类对树脂性能及最终的涂层性能有关键性的影响。聚碳酸酯二醇(PCDL)由于其本身含有多个碳酸酯基且结构规整,故耐候性非常优异,与一般的聚酯、聚醚系二醇相比表现出相当优异的力学性能、抗水解性、热稳定性、耐候性和耐化学药品性等。令人遗憾的是,聚碳酸酯多元醇的价格较为昂贵,这限制了它在水性树脂和涂料领域的推广应用。聚碳酸亚丙酯(PPC)是CO2和环氧丙烷通过共聚反应合成的一种新型脂肪族聚碳酸酯[7],其中CO2含量占31%~50%。其对CO2的利用不仅大大降低了对上游原料——石油的消耗,还缓解了由于CO2的排放而导致的“温室效应”。
由于PPC分子结构中也存在聚碳酸酯的结构,因此,采用这种材料制备的树脂及相应涂层的阻隔性能较好,导致最终的涂层在耐水性等性能上表现优异,并且聚碳酸酯多元醇采用二氧化碳和环氧丙烷共聚而成,成本较聚碳酸酯具有较大的优势,非常适合用于开发性价比较高的水性木器涂料产品。基于以上背景,本文采用聚碳酸亚丙酯为软段之一合成水性聚氨酯乳液,添加合适的水性涂料助剂,开发出性能优异的水性木器涂料。

1 试验部分
1.1 试验原料
聚碳酸亚丙酯二元醇(PPC),Mn=2 000,江苏中科金龙化工,使用前升温至100~110 ℃,减压脱水30min;聚己内酯二元醇(PCL),Mn=2 000,工业级;异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、2,4-甲苯二异氰酸酯(TDI),拜耳材料科技;二羟甲基丙酸(DMPA),柏斯托(上海)化工;1,4-丁二醇(BDO)、三羟甲基丙烷(TMP)、丙酮、二月桂酸二丁基锡(DBTDL)、三乙胺(TEA),国药集团化学试剂;消泡剂、润湿流平剂、增稠剂等制备涂料的原材料均为工业品。
1.2 水性聚氨酯合成
在装有搅拌器、温度计和冷凝器的容器内,依次加入PPC、PCL、IPDI、TDI在80~90 ℃反应3 h,再加入BDO、DMPA、TMP和丙酮在70~80 ℃下反应3~5h,再补加入DBTDL在60~70 ℃下反应至—NCO含量达到理论值。将反应物移入高速剪切分散机内,在高速搅拌条件下,加入TEA中和,并加入去离子水乳化,减压蒸馏后除去溶剂,得到PPC型水性聚氨酯分散体(PPC-PUD)。
1.3 水性木器涂料制备
涂料制备分为色浆制备和配漆过程,涂料配方如表1所示。按照配方将所制备的水性树脂(PPCPUD)与消泡剂、润湿剂和去离子水(序号1~5)高速搅拌均匀,最后加入序号6~8调节涂料黏度,过滤出料。将上述制备涂料静置一段时间消泡后,用喷枪喷板,成膜得到水性木器涂料,分别测试涂层性能。
水性木器涂料参考配方
1.4 分析与测试
1.4.1 乳液粒径
用动态光散射(DLS)测量聚氨酯分散体的粒径以及粒径分布。试验中采用马尔文公司的ZetasizerNano ZS90的粒度仪测定乳液的粒径及粒径分布,测试温度为25 ℃,激光器角度为90°,测试激光波长为633 nm。
1.4.2 贮存稳定性测试
水性聚氨酯乳液贮存稳定性可通过离心加速沉降试验来模拟测定。往一干净干燥离心管中倒入适量乳化好水性聚氨酯乳液,放入离心机中离心15min,转速为3 000 r/min,取出后若乳液无沉淀,即可证明所合成的乳液能够稳定贮存 6 个月。
1.4.3 涂层性能测试
水性涂料成膜后涂层性能如涂层耐附着力等按照相应国标规定方法进行测试。
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