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水性聚氨酯涂料改性研究分析

来源:大庆油田庆升实业公司 作者:李贵 时间:2019-11-15 点击:
导读:水性聚氨酯涂料还存在着一些应用方面的问题,本文对双组分水性聚氨酯涂料方面的研究进行叙述,并对水性聚氨酯涂性的改性方面研究情况进行分析,对未来的发展方向进行了展望。
0 引言
水性聚氨酯用水来取代其它有机溶剂当作分散介质,生成水性聚氨脂乳液和胶膜,因为它拥有很好的耐老化性能、机械特性和耐磨特性等优点,多用于造纸、轻化纺、涂料等领域。当前,人们对于环保的认识正逐步提高,很多专家学者都对水性聚氨酯涂料进行了深入的研究,尽量减小挥发性有机溶剂具有的毒性,水性聚氨酯虽然有着上述多项优势,但是还存在着很多不足的地方,存在着涂料膜手感不理想、硬度较差、表面光泽度不好、耐溶剂能力不强等问题,必须要对水性聚氨酯进行改进和优化。

1 双组分水性聚氨酯涂料
该种涂料利用分子结构中两个或多个羟基相互间的加成反应形成氨基甲酸乙酯基团,反应形成胶联结构型式并具有成膜特性。双组分溶剂型和水性聚氨脂涂料进行充分的融合,可以形成性能良好的涂料。当前,利用分散体多元醇来生成水性聚氨脂方面的研究内容较多。生成多元醇物质的方法主要在有机溶剂内组合形成具有亲水离子或者非离子链区树脂物质,之后把树脂溶体或者溶液扩散到水分当中就可获取到。应用聚氨酯多元醇分散体形成的双组分涂料拥有很好的特性,涂膜的外观质量较好,可具备良好的耐磨性、机械性以及耐化学性,对氨基甲酸酯键数量进行调节来控制涂膜具备的性能。
国内有些研究人员把三羟甲基丙烷、异佛乐酮二异氰酸酯等材料来生成聚氨酯预聚体,再把二乙醇胺封端添加到羟基当中,从而形成双组份水性聚氨酯多元醇分散体的不同组成物质。进行深入的研究发现如果二羟甲基丙酸的质量分数区间为6~6.5%,二乙醇胺质量分数为7.61时,三羟甲基丙深质量分数范围为3~5%,nNCO:nOH比值范围在1.5~1.7,形成的涂膜具有的硬度、耐溶剂性等达到最理想的状态。把这种涂膜和双组份溶剂聚氨酯涂进地性能方面的对比来看,具备的性能指标与双组分溶剂聚氨酯膜十分的相近,同时有毒物质的含量显著减少,达到了环保的要求。

2 水性聚氨酯涂性的改性
2.1 丙烯酸酯的改性研究
聚丙烯酸酯类物质具有很好的保光性、耐水性和耐候性,而聚氨酯树脂的粘接性、强度等方面要好于前者,所以,二者之间进行很好的结合可以起到很好的效果,通过改性之后的水性聚氨酯可以有效的综合二者之间的优点。丙烯酸酯类物质来对水性聚氨酯进行多就用化学和物理的方法。化学改性方法是丙烯酸酯类物质添加到水性聚氨酯乳液当中,通过引发剂促进自由基进行很好的汇集产生聚合从而形成复合乳液,形成核壳结构型式是一种十分有效的办法,产生的机理是由于在水性聚氨酯微胶颗粒表层存有亲水性离子基团,丙烯酸酯类物质颗粒是一种疏水性分子基团,同时呈现出相反方面的从内部向外部产生溶胀,从而与水性聚氨脂颗粒接触从而形成聚合,把水性聚氨酯作为外壳,丙烯酸酯类作为内核的核壳结构型式的乳胶粒。而应用物理改性办法,是把丙烯酸酯类和水性聚氨酯实现物理混合,从而加强材料具备的机械性能。但必须要求丙烯酸酯类乳液的离子具有很好的稳定性,而且要求溶剂应该拥有很好的亲和能力,要不然会出破乳现象。另外,纸杯复合乳液可采用交随着或互穿网络等办法,而交联复合乳液的生产较为复杂,可采用接技法、共混法等,互穿网络就是指两种材料分别用网络以及线性的方式存在,不会形成分子链相互间缠结。
国内一些科研人员应用种子乳液聚合的办法,形成了双重交联型聚氨酯和丙烯酸枉费复合乳液。通过研究可以发现,该种复合乳液成膜以后形成的交联度可超过90%,有机溶剂性、硬度都有着明显的提升,拥有很好的应用前景。
2.2 环氧树脂改性
环氧树脂材料具有很好的力学特性和稳定性,粘结能力很强,可以对材料进行加工处理,内部具有环氧基成分,可以和水性聚氨脂进行化学反应。经常采用的环氧改性是利用环氧树脂的羟基和异氰酸酯基进行化学反应,让两者相互间的网络可以形成化学链接,从而构在网络结构,提升水性聚氨脂涂膜具备的机械特能、耐热性等。环氧树脂改性也可以利用共聚法和机械共混的方法来实现,环氧树脂和水性聚氨脂的之间的无键机械共混,可以应用环氧树脂的疏水性以及水性聚氨脂的羧基的亲水性之间的相互作用,利用水性聚氨脂使环氧树脂被包覆起来,从而实现改性的最终目标。共聚法是利用环氧树脂接枝作用到水性聚氨脂分子链上。综合来看,共混方法生成的乳液要比共聚方法拥有更好的稳定性。
一些学者把环氧树脂、二羟甲基丙酸作为化学材料制造出水性聚氨酯涂性,其硬度以及抗拉强度会跟着环氧树脂具备的环氧值减小而不断提升,相应的断裂伸长率会减小。在实验内应用后添加树脂的办法,提升了水性聚氨酯乳液具有的稳定性,对其进行测试可以发现,通过改性之后的聚氨酯材料拥有很好的涂抹硬度,可以实现很好的耐溶性。其它学者对于环氧树酯改性剂的应用量、加入的办法、反应过程中的温度等多方素对乳液稳定性、涂膜性能的影响进行分析,从实验的结果中可以看出,如果环氧树脂的质量分数大于7%,预聚性呈现出来的粘度就会变大,而且乳液具备的稳定性就会相应的变差。由于环氧树脂量的不断变大,乳胶粒相互间形成交联物随之变多,从而形成沉淀。
2.3 有机硅改性
聚硅氧烷把重复的硅氧键作为分子主链,硅原子上连有有机基团聚合物质,我们常把硅烷单体和聚硅氧烷都叫做有机硅。其具有很好的稳定性、耐候性和耐燃性。一些研发人员把聚氨酯以及聚硅氧烷各自的优点综合起来得到性能更佳的材料。一些科研人员把有机硅以及环氧树脂改性之后的新型聚氨酯涂料进行了研究,从改性剂添加的数量、反应所需要的时间、反应温度等多种影响因素进行研究,并对改性之后的涂膜性能进行分析,从试验的结果来看,改性之后的涂膜具有较好的力学强度、耐酸碱性和热稳定性等优点。还有一些学者利用乳液聚合办法形成了核壳结构的有机硅复合乳液,采用全反射红外光谱分析表明其分子链内的化学键中存在硅链段,硅氧烷链段呈现出表面富集的趋向。除此之外,由于有机硅物质含量的变多,胶膜水接触角度变大,耐水性能不断提升。

3 结束语
由于对水性聚氨酯合成技术的深入研究和开发,双组分多元醇改性聚氨酯涂料会更加方便于施工,可以应用到一些特殊的领域。针对水性聚氨酯涂料的研发可以形成性能优异、无缺陷聚氨酯涂料。结合聚氨酯内部分子可以进行裁剪的特点,采用特殊性能分子结构型式可以扩展涂膜的多种性能,从而使水怀聚氨酯涂料的应用到更广的范围。
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