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| 氨基硅烷偶聯劑改性水性聚氨酯木器涂料的研制 |
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| 2007-3-12 中國聚合物網 |
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目前我國所用的聚氨酯涂料絕大部分為溶劑型，從安全和環保的角度考慮，溶劑型聚氨酯涂料存在許多不足甚至是危害之處：水性聚氨酯以水為基本介質，具有不燃、氣味小、不污染環境、節能、操作加工方便等優點，因而獲得了越來越廣泛的應用。但目前水性聚氨酯木器涂料還存在耐水性、與基材的附著力不夠強及硬度與應用性能要求不相適宜等缺點，較大程度地影響了它的推廣應用。為此，本研究采用氨基硅烷偶聯劑改性聚醚型水性聚氨酯，制得了優異性能的水性聚氨酯木器涂料。該制備方法可操作性好，具有很好的推廣應用價值：
l實驗部分
1.1主要原材料
聚醚二醇(N210)：Mn=1000±100，羥值為(1.86～2.14)xl0 -3 mol/g，南京金陵石油化工廠；甲苯二異氰酸酯(TDI)：工業級，上海五聯化工廠；2，2 -二羥甲基丙酸(DMPA)工業級，湖州長盛化工有限公司；氨基硅烷偶聯劑(KH- 550)：工業級，廣州科特化工有限公司；三乙胺(TEA)：AR，上海光華化學試劑廠。
1.2水性聚氨酯木器涂料的配方
1.2.1預聚體的配方(見表1)
表1水性聚氨酯預聚體的基本配方
1.2.2改性水性聚氯酯木器涂料基本配方(見表2)
表2改性水性聚氨酯木器涂料的基本配方
1.3水性聚氨酯木器涂料的制備工藝
1.3.1原材料的預處理
分別將N210和DMPA在120℃、4 kPa條件下真空脫水2 h，然后密封保存備用。
1，3.2預聚體的合成
在帶有高速分散機、溫度計及高純氮氣保護的密閉反應器中加入經化學計量的TDI；將一定量的DMPA和經化學計量的N 210的混合物加熱到120℃，使DMPA溶解，冷卻后，分批加到上述反應器中，在70℃下攪拌反4.0 h，得到聚氨酯預聚體。
1.3.3聚氯酯乳液的制備
將少量的三乙胺和氨基硅烷偶聯劑混溶于5的去離子水中，緩慢加入上述預聚體高速剪切乳化30 min，加人定量的消泡劑，分散均勻后，得到固含量35%左右的氨基硅烷偶聯劑擴鏈的水性聚氨酯乳液
1.3.4木器涂料的制備
將水、分散劑、防霉劑、消泡劑等混合均勻后，高速分散10～20 min；加入上述聚氨酯乳液硬其它助劑，用流平觸變劑調整到適當粘度即可：
1.4性能測試方法
(1)紅外測定：采用美國Analect公司的RFX - 65傅立葉紅外光譜轉換光譜儀進行測定：
(2)表面水接觸角的測量：采用日本Kyowa公司生產的G—1型εrma角度計式接觸角測定儀進行測試。采用去離子水，將水滴滴于薄膜表面l min后進行測試，每個樣品取相巨間距5 mm的3個點進行測量，共6次瀆數，取算術平均值：
(3)拉伸強度和斷裂伸長率：參照JC 500 - 92《聚氨酯防水涂料》，采用廣州材料試驗機廠XLL - 50型拉力試驗機進行測試，拉伸速度為l 00 mm／min。
(4)固含量：按GB／T l725—89進行測試。
(5)硬度：采用Lx—A型橡膠硬度計進行測試
(6)附著力：按GB l720—79進行測試：
2結果與討論
2.1紅外譜圖分析
硅烷偶聯劑改性的水性聚氨酯涂膜的紅外光譜見圖l：
圖1硅烷偶聯劑改性水性聚氨酯涂膜的紅外光譜
由圖l可以看出：3297 cm -1處為N—H的伸縮振動峰、1643 cm -1處為脲基中C=O的伸縮振動峰、1726 cm -1處為氨酯基中C=O的伸縮振動峰、l103 cm -1處為C—O—C的伸縮振動峰，說明聚合產物中有脲鍵和氨酯鍵存在；在1090 cm -1 (Si—O—Si的彎曲振動峰)和1 103 cm -1。(C—O—C的伸縮振動峰)附近可以看出吸收峰明顯變寬，是Si—O—S，的彎曲振動和C—O—C的伸縮振動的重疊峰；1250 cm -1處為- CH2 -Si中—CH2—的彎曲振動峰，803 cm -1處為CH2-Si中的-CH2的擺式振動峰，這些都說明聚合物中存在有機硅。
2.2硅烷偶聯劑用量對涂膜表面水接觸角的影響
內乳化型水性聚氨酯，由于在分子鏈中引入了親水性基團，因此，成膜物的吸水性往往都很強，這是作為木器涂料最大的缺點之一，采用氨基硅烷偶聯劑改性水性聚氨酯的目的就是希望能提高其耐水性表3中列出了，室溫(25℃)下測得的KH-550改性水性聚氨酯涂膜表面的水接觸角。
表3 KH一550用量對涂膜表面水接觸角的影響
從表3可以看出，在水性聚氨酯中引入少量的硅烷偶聯劑其水接觸角明顯增大：硅烷偶聯劑的·端與異氰酸酯封端的聚氨酯預聚體分子的主鏈相接(-NH 2與-NCO反應)，另一端的Si—O鏈則伸展到基層表面，從而在硅烷偶聯劑改性的樹脂中表現出有機硅的特性。在干燥成膜時，硅烷偶聯劑改性的水性聚氨酯中硅氧烷水解、縮聚，結果在聚合物之間以及聚合物和基材之間形成牢固的互穿網絡立體交聯結構，從而使漆膜具有優異的憎水性及粘附力。
2.3硅烷偶聯劑用量對涂膜力學性能的影響
拉伸強度和斷裂伸長率是衡量水性聚氨酯涂膜力學性能的重要指標表4為KH550用量對改性水性聚氨酯涂膜的拉伸強度、斷裂伸長率的影響從表4可以看出，硅烷偶聯劑的使用使聚氨酯涂膜的拉伸強度略有增加，斷裂伸長率略有下降。這可能是因為隨著硅烷偶聯劑用量的增加，材料的交聯度增大，從而使拉伸強度稍有上升，斷裂伸長率略有下降。
表4 KH550用量對改性水性聚氨酯涂膜力學性能的影響
3改性水性聚氨酯木器涂料的基本配方及性能指標
通過試驗，確定了改性爪性聚氨酯木器涂料的最佳基本配方為：m(N210))：m(TDI)：m(DMPA)：m(KH550)=60：34：6：1。其技術性能如表5所示：
從表5可以看出，本項目研制的硅烷偶聯劑改性水性聚氨酯木器涂料具有優良的耐水性、力學性能和附著力，有望在木器涂料領域得到廣泛應用：
表5硅烷偶聯劑改性水性聚氨酯木器涂料的技術性能
4結論
(1)在無溶劑的條件下，采用擴鏈的方式制得氨基硅烷偶聯劑改性的水性聚氨酯乳液，通過配以分散劑、防霉劑、消泡劑等助劑，制成了穩定的水性聚氨酯木器涂料。
(2)以硅烷偶聯劑改性的水性聚氨酯乳液制得的木器涂料，具有優良的耐水性、附著力和力學性能等，且該制備方法操作性好，具有良好的推廣應用前景。
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| （責任編輯：可樂） |
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