水性聚氨酯涂料的发展概况.pdf

缐论迷评
水性聚级验料
的发展
张辉沈芳焕
非南理⊥大学化⊥研究历,5m4
摘要:随着社会进步,人们保护环境的意识不浙加强,发展绿色环保型涂料将成为今后的一个主要方
向。本文综述了水性聚氣酯涂料的分类、发展概況、性能,指出了水性聚酵涂料的发展趋势。
关键词;水性聚魚酯;凃料;有机硅;含烯烃
氨酯涂料的一个重要发展方向。国外主要研究以下
0引言
几种啊
水性疑氮包括聚氮隔水溶液、水分散液和水1.1热固型聚氨酯涂料
乳液,是以水为介质的二元胶态体系。它不含或含
交联的聚氨酯能增加其耐溶剂性及水解稳定
很少量的有机溶剂,其粒径小于0.Inm,具有较好性。聚氨酯水分散体在应用时与少量外加交联剂混
的分散稳定性,不仅保留了传统的溶剂型聚氨酯的合组成的体系叫热固型水性聚氨酯涂料,也叫做外
一些优良性能,而且还具有生产成本低、安全不燃交联水性聚氨酣涂料。使用的交联剂主要有多官能
烧、不污染环境、不易损伤被涂饰表面、易操作和团的氮丙啶、氨基树脂(三聚氰胶树脂)或专用的
改性等优点,对纸张、木材、纤维板、塑料薄膜、环氧树脂等。采用氮丙啶,一般用量为聚氨酯质量
金属、玻璃、皮革等均有良好的粘附性
份的3%-5%,就有很好的交联薄膜生成。氨基树脂
聚氨酯涂膜具有耐磨性好、硬度范围宽、低温需要质量份5%~10%,且需要较高的温度固化。环
柔初、高温不粘、减震效果好、粘合强度不大以及氧交联剂用量为质量份3%-5%,它也要在较高的温
耐溶剂性能优异等优点刚。随着社会的进步,各种度下固化
环保法规对挥发性有机化合物(VOC)的排放量、1.2含封闭异酸酯的水性聚氨酯涂料
有害溶剂及各种重金属的含量进行了严格限制。许
该涂料的成膜原料由多异氰酸酯组分和含羟
多大型公司己经致力于水性涂料、粉末涂料、高固
基组分两部分组成。多异氯酸酯被苯酚或其它含单
体分涂料和辐射固化涂料等绿色涂料的开发研究
官能团的活泼氢原子的化合物所封闭,因此两部分
本文介绍了水性聚氨酯涂料的分类、发展概况、性
可以合装而不反应,成为单组分涂料,并具有良好
能,指出了水性聚氨酯涂料的发展趋势。
的贮稳定性。多异氯酸酯组分与苯酚、丙二酸酯
己内酰胺等封闭剂反应生成氨酯键,而氨酯键在加
单组分水性聚氨酯凃料
热的情况下又裂解生成异氰酸酯,再与羟基组分反
应生成聚氮酯。因此封闭型聚氨酯水性涂料的成膜
单组分水性聚氨酯涂料是以水性聚氨酯树脂就是利用不同结构的氨酯键的热稳定性的差异
为基料井以水为分散介质的一关涂料。通过交联改较稳定的氨酯键来取代较弱的氨酯键。封闭剂的种
性的水性聚氨酯涂料具有良好的贮存稳定性、涂膜类很多,但是芳香族异氰酸酯水性聚氨酯涂料主要
机械性能、耐水性、耐溶剂性及耐老化性能,而且用苯酚或甲酚。脂眆族水性聚氨酯漆则不用酚类,
与传统的溶剂型聚氨酯涂料的性能相近,是水性聚以免变色,可采用乳酸乙酯、己内酰胺、丙二酸二
=んW辱?中性塗料及胡胎计会·200.1
论述评
时使某代2
乙酯、乙酰丙酮、乙酰乙酸乙等。其解封温度为有潜在粒子基团的NCO端基PU预聚体,首先用
130~-160℃。
反应性稀释剂如2-羟乙基丙烯酸酯(HEA)封端
1.3室温固化水性聚氨酯涂料
然后中和潜在粒子基团,并经过自由基聚合使丙烯
酸酯单体与HEA进行聚合,在搅拌下加水分散
对于某些热敏基材和大型制件,不能采用加热
最后得到PU离子聚合物和聚丙烯酸酯的嵌段共聚
的方式交联,必须采用室温交联的水性聚氨酯涂料。
物.PU离子聚合物也能在紫外线处理下用类似的
美国 Air Products和化学公司S报道,通过与水分散
方法进行改性。
性多异氰酸酯结合,可以改进水性端羟基聚氨酯预
聚物/丙烯酸酯視合物,尤其是羟基丙烯酸酯混合物
的性能。此类水性聚氨酯涂料,采用特制的多异氣2双组分水性聚氨酯涂料
酸酯交联剂,即含一NCO端基的异氰酸酯预聚物,
经亲水处理后分散于各种含羟基聚合物中而形成的
双组分聚氨酯涂料具有成膜温度低、附着力
分散体,与多种含羟基聚合物水分散体组成能在室
强、耐磨性好、硬度大以及耐化学品、耐侯性好等
温固化的聚氨酯水性凃料。
优越性能,因而广泛作为工业防护、木器家具和汽
车涂料?。水性双组分聚氨酯涂料将双组分溶剂型
1.4光固化水性聚氨酯涂料
聚氨酯涂料的高性能和水性涂料的低VOC含量相
光固化水性聚氨酯涂料采用电子東辐射、紫外结合,成为涂料工业的研究热点"。水性双组分聚
光辐射的高强度辐射引发活性低聚物体系产生交联氨酯涂料是由含OH基的水性多元醇和含NCO基
固化。目前以紫外光固化形式为主。先用不饱和聚的低粘度多异氰酸酯固化剂组成,其涂膜性能主要
酯多元醇制备预聚物,然后用常规的方法引进粒子由羟基树脂的组成和结构决定的。
基团,经亲水处理后制得在主链上带双键的聚氨酯2.1水性多元醇
水分散体,再与易溶的高活性三丙烯酸烷氧基酯单
体、光敏剂等助剂混合就得到光固化水性聚氨酯涂
根据化学结构将水性多元醇分为聚酯多元醇
料
丙烯酸多元醇、聚氨酯多元醇和杂合多元醇等。水
性双组分聚氨酯涂料的多元醇要有良好的分散性,
1.5第三代水性聚氨酯涂料(PUA)
能以较低的剪切能耗将憎水的多异氰酸酯囻化剂很
聚氨酯(PU)乳液和聚丙烯酸(PA)乳液同其好的分散在水中。最早采用的多元醇为乳液型多元
溶剂型产品相比,具有价廉,安全,不燃,无毒,醇(粒径为0.08~0.5um),一般为通过乳液聚合合
不污染环境等优点.但纯PA乳液存在一些问题:成的具有多种结构的丙烯酸乳液多元醇,其主要特
耐磨性、耐水性和耐化学品性差:而单一的PU乳点为2:聚合物分子量大,涂膜在室温下干燥速度
液也存在一些不足:稳定性,自增稠性和膜的保光快;由于乳液多元醇的羟基当量大,配制双组分涂料
性差,固含量高,应用范围不广等。PU和PA在性所需的多异氰酸酯用量小,成本低。
质上具有互补作用。PUA复合乳液兼各了二者的优
2.,2固化剂
点,具有耐磨,耐腐蚀,光亮,柔软有弹性,耐水
性和机械力学性能好,耐候性佳等特性,因此被誉
异氰酸酯单体的选择是决定凃膜性能的重要
为“第三代水性聚氨酯”成为当今涂料的一个发展因素,异氰酸酯的二聚体和三聚体是聚氨酯涂料常
趋势??
用的固化剂,环状的三聚体具有稳定的六元环结构
制各丙烯酸酯改性水性PU(PUA)的方法有及较高的官能度,粘度较低,易于分散,因此涂膜
多种,一种较为传统的方法是共混交联反应法,其
性能较好;而缩二脲由于粘度较高,不易分散,较
工艺为乳液共混,或溶液共混后再乳化,二者均工
少直接用于水性双组分聚氨酯涂料。为了提高多异
芝复杂、第二种方法是乳液共聚法,工艺途径有丙氧般開固化剂在水中的分散性常采用亲水基团对
烯酸氨基學酸单体法和聚氨酯一尿一马来酸酐其进行改性,适合的亲水组分有离子型或非离子型
法.第三种方法是复合乳液聚合法,工艺有两种:
或二者拼用,这些亲水组分与多异氰酸酯具有良好
其一是溶剂法制PU种子,直接将内烯酸单体作溶的相容性,作为内乳化剂有助于固化剂分散在水相
剂制备PU:其二是在水中扩链制PU.还有一种
中,降低泥合剪切能耗。其缺点在于杀水改性