植物油改性水性聚氨酯的合成与应用范文

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《聚氨酯工业》2017年第2期

摘要：通过研究自制植物油多元醇含量、异氰酸酯类型和亲水基团含量对水性聚氨酯木器涂料性能的影响。研究表明自制植物油多元醇含量越高，打磨性能越好；使用芳香族异氰酸酯合成的PUD打磨性明显优于脂肪族异氰酸酯；亲水基团含量越高光泽度越高。

关键词：植物油多元醇；水性聚氨酯；木器涂料

0前言

随着经济水平的提高，各国对其涂料体系中有机挥发物(VOC)含量有了更加严格的限制，环境友好型水性涂料得到快速的发展[1]。水性聚氨酯具有VOC含量低、污染小、成本低、可用水稀释，易于清理，涂膜具有强度耐磨损和韧性好等优点得到快速发展[2-4]。也正是由于水性聚氨酯具有优异的高柔韧性和耐磨性，从而导致水性聚氨酯用作木器涂料时存在较难打磨的特点，这对重复喷涂不利，此外由于水具有高的比热容，使得涂膜干燥速度较慢，限制了其施工速度。本文采用自制的植物油改性多元醇为主原料合成的水性聚氨酯乳液，不仅保持了聚氨酯的优点，同时实现了易打磨、高光泽等特点。

1实验部分

1.1实验原料聚氨酯合成原料：

植物油改性多元醇(羟值300mgKOH/g)，自制；聚酯(羟值112mgKOH/g)、二环己基甲烷二异氰酸酯(HMDI)、甲苯二异氰酸酯(TDI-80)、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、六亚甲基二异氰酸酯(HDI)，万华化学；1,4-丁二醇(BDO)、二羟甲基丙酸(DMPA)，进口；二月桂酸二丁基锡(T-12)、乙二胺(EDA)、丙酮，国产。

1.2水性聚氨酯的制备

在装有电动搅拌器、温度计、冷凝回流管、氮气进出口的1000mL四口烧瓶中，首先加入大分子二元醇，于120℃真空干燥脱水1h。降温至60～70℃加入异氰酸酯、植物油改性多元醇，滴加适量催化剂二月桂酸二丁基锡(DBTDL)，通入干燥氮气，于80～85℃反应1～2h至—NCO含量达到理论值(二正丁胺滴定法测定)；加入适量丙酮以降低体系黏度，降温至35～40℃加入BDO、DMPA，然后升温至60～70℃反应，—NCO含量达到理论值(二正丁胺滴定法测定)；加入适量的丙酮调节到需要的体系黏度；高速剪切条件下将所得的预聚体在去离子水中分散进行乳化，乳化开后加入乙二胺反应20min，最后50℃减压蒸馏出丙酮，最终得到无溶剂水性聚氨酯乳液。

1.3水性木器涂料的制备

在不锈钢分散罐中，倒入一定量的合成乳液，再按表1的配方量加入流平剂、基材润湿剂、成膜助剂等，搅拌使助剂分散均匀，然后按表1的配方量加入消泡剂和2种增稠剂以调整黏度。

1.4测试与表征

2结果与讨论

2.1植物油改性多元醇用量对性能的影响

将植物油改性多元醇与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对性能的影响。异氰酸酯为TDI、DMPA用量6%。随着植物油改性多元醇用量的增加，涂膜的打磨性、摆杆硬度提高、耐水性和光泽度提高。分析原因是自制的植物油改性多元醇含有较多的长碳脂肪侧链，侧链的存在削弱了聚氨酯氢键的形成，从而易于打磨出粉；且本身的当量较低，且分子量主要是由侧基贡献，使得氨基甲酸酯间的距离变短，密度增大，从而具有更高的摆杆硬度和光泽度；长碳脂肪侧链的存在使涂膜表面张力降低，体系更加疏水，从而提高了耐水性能。

2.2乳液粒径对性能的影响

随着DMPA用量的增多，乳液的外观逐渐由乳白色变得清澈透明，粒径逐渐减小，随之带来的是相同固含量下乳液的黏度增大，涂膜的耐水性下降。随着粒径的减小，涂装时乳液更易深入木材中，乳液粒径越小成膜表面越平滑致密，光泽度越高。综合考虑DMPA用量在6%较为合适。

2.3实验室合成乳液与市场化产品的比较

在异氰酸酯为TDI、全部采用植物油改性多元醇、DMPA用量6%的条件下合成水性聚氨酯乳液，并将其制成木器涂料与万华Lacper®4221进行性能比较。

3结语

(1)采用TDI、全部为植物油改性多元醇条件下合成的水性聚氨酯，用做木器涂料时具有硬度建立速度快、打磨性好光泽度高、木材入孔性好的特点，可实现木器涂料的快速施工。

(2)当亲水单体用量为6%时，乳液具有较好的外观和应用性能。

(3)用TDI制备的该木器涂料较脂肪族和脂环族异氰酸酯制备的木器涂料有更优的综合性能。

(4)实验室按照(1)、(2)和(3)的条件合成的乳液，与市场化产品比较，总体性能优于市场化产品。

参考文献

[1]王茂龙,贺江平.水性聚氨酯印花粘合剂的合成及应用研究[J].聚氨酯,2010(12):75-78

[2]曹红菊,杨昌跃,陈家华.水性聚氨酯漆的制备与性能研究[J].涂料工业,2001,31(7):31-34

[3]李绍雄,刘益军.聚氨酯树脂及其应用[M].广州:广东科技出版社,2001

[4]李建宗,李士杰.国外水性聚氨酯研究新进展[J].中国胶粘剂,1997,6(5):44-50

作者：纪学顺；王震；孙伟祖；朱文辉；邓俊英 单位：万华化学集团股份有限公司