木地板用水性聚氨酯分散體及其涂料的研制

    摘要:用聚酯多元醇及聚碳酸酯二醇與TDI和IPDI共聚反應(yīng)制得自交聯(lián)型水性聚氨酯分散體，研究了不同原料及不同反應(yīng)因素對(duì)產(chǎn)品性能的影響，并對(duì)產(chǎn)品在木地板上的實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行了適應(yīng)性驗(yàn)證。

    關(guān)鍵詞:木地板;水性聚氨酯分散體;涂料;研制

    0引言

    隨著社會(huì)對(duì)環(huán)保的要求越來(lái)越嚴(yán)格，環(huán)保型涂料的研發(fā)成為當(dāng)務(wù)之急，也成為了相關(guān)行業(yè)**的研究課題，水性聚氨酯木器涂料因此應(yīng)運(yùn)而生，并有了較大的突破，因?yàn)樗跃郯滨ネ苛暇哂袩o(wú)毒，不燃，無(wú)環(huán)境污染，并且節(jié)約能源，其作為一種合成高分子材料的綜合性能異常優(yōu)越，特別符合當(dāng)前涂料業(yè)的發(fā)展方向。

    本文研究了不同原料及工藝對(duì)分散體性能的影響。

    1試驗(yàn)

    1.1主要原料

    聚酯多元醇(進(jìn)口);聚碳酸酯多元醇(進(jìn)口);甲苯二異氰酸酯TDI(進(jìn)口);異佛爾酮二異氰酸酯IPDI(進(jìn)口);1，4-丁二醇;1，6-己二醇;三羥甲基丙烷TMP;二羥甲基丙酸DMPA(進(jìn)口);三乙胺;乙二胺;甲基吡咯烷酮NMP(進(jìn)口);丙酮(工業(yè)品);流平劑、消泡劑、潤(rùn)濕劑等(迪高公司)。

    1.2實(shí)驗(yàn)器材

    四口燒瓶、可調(diào)速攪拌器、溫度計(jì)、冷凝管、真空泵、分散機(jī);鉛筆硬度計(jì)、光澤測(cè)定儀、柔韌性測(cè)定儀、附著力測(cè)定儀等。

    1.3聚合

    在裝有攪拌器、溫度計(jì)、冷凝管的四口燒瓶中，加入計(jì)量的聚碳酸酯和聚酯多元醇的混合物，加溫、熔化、開(kāi)攪拌，升溫至120℃，真空(-0.06MPa)脫水1h，降溫至40℃加入計(jì)量的TDI、IPDI升溫至100℃左右反應(yīng)1h，降溫加入DMPA、1，4-丁二醇、1，6-己二醇、丙酮等，升溫至80～90℃之間反應(yīng)2h，然后降溫至40℃加入催化劑NMP、丙酮，升溫至55℃左右反應(yīng)3h，測(cè)—NCO含量達(dá)到規(guī)定值后降溫至30℃，將所得聚合液移至分散機(jī)中，中速攪拌下加入三乙胺中和反應(yīng)3min，高速加水、乙二胺分散，得到乳白色半透明發(fā)藍(lán)光的液體，升溫，脫丙酮后得到水性聚氨酯分散體，檢測(cè)待用。

    1.4性能結(jié)果測(cè)試

    水性分散體的性能測(cè)試結(jié)果如表1所示。

表 1 水性 PU 分散體的性能測(cè)試結(jié)果

    2結(jié)果與討論

    2.1聚酯多元醇對(duì)產(chǎn)品性能的影響

    用來(lái)制備水性聚氨酯的多元醇大致分為聚酯型及聚醚型2種，其他的還有丙烯酸類及蓖麻油類多元醇。多元醇化合物的種類、相對(duì)分子質(zhì)量、官能度、分子結(jié)構(gòu)等決定了樹脂的物理化學(xué)性能，所以多元醇在合成配方中的地位非常重要[1]，其他組分用量均以它為基準(zhǔn)用量進(jìn)行調(diào)整，對(duì)不同的多元醇，進(jìn)行了多次的調(diào)整試驗(yàn)，綜合其性能，確定以聚碳酸酯多元醇為主，配以聚酯多元醇作為本研發(fā)的主要原料，具體比較結(jié)果見(jiàn)表2。

表 2 不同聚酯多元醇對(duì)應(yīng)涂膜性能的比較

    2.2不同異氰酸酯對(duì)涂膜性能的影響

    異氰酸酯是一種具有很高反應(yīng)活性的化合物，因?yàn)槠浔容^活潑，二官能團(tuán)以上的異氰酸酯可以合成性能優(yōu)良的聚合物，是水性聚氨酯生產(chǎn)的另一個(gè)基本原料。異氰酸酯分為芳香族和脂肪族兩大類，主要品種有TDI、IPDI、HDI、XDI等，在多元醇不變的前提下，用不同的異氰酸酯進(jìn)行試驗(yàn)TDI和IPDI來(lái)制得的聚合物符合研發(fā)要求(結(jié)果見(jiàn)表3)。

表 3 不同異氰酸酯對(duì)膜性能的影響

    2.3親水性擴(kuò)鏈劑的選擇及用量

    親水性擴(kuò)鏈劑是向體系中引入親水性基團(tuán)，是水性聚氨酯制備工藝中使用的特殊原料。通常由羥基、磺酸基及仲胺基等。本實(shí)驗(yàn)選用的是DMPA，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果當(dāng)添加量在14%～17%時(shí)，其聚合液黏度、分散性、柔韌性等綜合性能最好。

    2.4擴(kuò)鏈劑的選擇

    根據(jù)產(chǎn)品的使用特性，要耐磨性、耐水性好，有足夠的硬度，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果1，4-丁二醇、1，6-己二醇、TMP符合要求，其他擴(kuò)鏈劑無(wú)以上3種的效果好。

    2.5溫度控制

    當(dāng)原料確定后同一配方在不同的溫度下反應(yīng)，經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)，反應(yīng)的物料不同，溫度也有變化。當(dāng)聚酯與異氰酸酯進(jìn)行反應(yīng)時(shí)溫度應(yīng)控制在90～100℃。親水基因、擴(kuò)鏈劑參與反應(yīng)時(shí)，溫度不應(yīng)超過(guò)90℃，所得聚合物黏度適中，分散容易，效果好;反之則聚合液黏度過(guò)大，分散困難或黏度小，分散液白，無(wú)藍(lán)光。

    3應(yīng)用

    3.1配方

    水性聚氨酯木地板涂料的配方見(jiàn)表4。

表 4 水性聚氨酯木器地板涂料的配方

    3.2生產(chǎn)工藝

    ①將D、E、F加入到C中攪拌均勻，形成透明狀液體;

    ②將①與B混合均勻，至無(wú)分層;

    ③準(zhǔn)確稱量A加入分散機(jī)，在攪拌狀態(tài)下緩慢加入②，中速攪拌30min;

    ④根據(jù)客戶要求可加入適量增稠劑或啞漿以提高其黏度和光澤。

    3.3性能測(cè)試結(jié)果

    水性聚氨酯木地板涂料及涂膜性能見(jiàn)表5。  

表 5 涂料性能指標(biāo)及測(cè)試結(jié)果

    4結(jié)語(yǔ)

    本研究以物料的選擇及配比為主，通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn):

    (1)用聚碳酸酯與聚酯多元醇的特定比例的混合物和TDI、IPDI進(jìn)行聚合反應(yīng)，用1，6-己二醇、1，4-丁二醇和TMP進(jìn)行擴(kuò)鏈，所合成的預(yù)聚體性能符合產(chǎn)品要求，并且耐磨性及耐水性能特別優(yōu)良;

    (2)分別改變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，所制得的成品技術(shù)指標(biāo)與(1)有所不同，特別是硬度及耐水性均有降低，其他性能變化不大;

    (3)該產(chǎn)品符合木地板涂料的涂刷要求;

    (4)該產(chǎn)品的研發(fā)成功，還有效解決了國(guó)內(nèi)長(zhǎng)期困擾水性涂料在家具表面(特別是桌面、臺(tái)面)應(yīng)用的諸多難題，表面耐劃傷、耐水性、硬度等性能明顯提高，可以在家具制造行業(yè)進(jìn)行推廣應(yīng)用。

    但與溶劑型聚酯木器涂料相比該產(chǎn)品的實(shí)干速度還稍微的長(zhǎng)了一些，并且在未完全干燥之前某些性能還達(dá)不到理想效果，建議有條件的公司可以進(jìn)行烘干施工，加快漆膜的干燥速度，促其性能達(dá)到滿意的**效果。

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