紫外光固化水性聚氨酯的制备及性质研究.pdf

广东建材2013年第12期
材料研究与应用
紫外光固化水性聚氨酯的制备及性质研究
邓俊强
(广东省建筑材料研究院
摘要:水性紫外光固化体系具有无污染、无毒性、无刺激和生产安全等优点,是目前较为活跃的研
究和开发领域,己成为紫外光固化技术的主要发展方向之?。单的水性聚氨酯耐水性差,机械强度
低,人们]针对这些不足之处提出了很多改性方案。日前市场上低档次的水性聚氨脂涂料性能不尽人
意,高档次的性价比太高,难以满足人们的需要。本文选用廉价易得的TI作为原料,添加PET3A交联
改性,目的在于降低成本的同时有效地提高水性聚氮酯的性能。首先采用自乳化的方法合成聚酯类水
性聚氨帖,研究了TD与 PCDL(MI=1000的比例、IMPA的加入量、“缩二乙二醇与DMPA的扩链作用等
对水性聚氨酯性能的影响。得出当TDI与PCDL(Mn=1000比例为5.5:1,DMPA加入量占总质量的7.9
时能制出性能较好的水性聚氨。在聚酷型水性聚氨酯基础上加入丙烯酸酯进行改性,使用PF!.3A对
NCO封端将丙烯酸引入分子链片再交联,这种方法能有效的控制分子链长度,満节亲水基团在分子
链中的序列。制得的水性聚氢在耐水件和力学强度上均有改湾。
关键词:水性聚氨酯;季戌四醇三丙烯酸酯;紫外周化;涂料
酣,反应过程属于逐步聚合法。先用TDI与PCDL合成水
聚氨酯是由多异氰酸酯和多元醇聚合而成的树脂
性聚氨预聚体,再用非亲水性扩链剂将链长扩展到
因其具有良好的附着力、耐候性、耐腐蚀性,被广泛用于定程度后,加入来水性扩链剂再次进行扩链并引入亲水
涂料行业。随着聚氨酯T业的飞速发展和环保呼声日性基团,再加入三乙胶中和90%的-CO0,最后滴加去离
强烈,近年来人们对生态环境问题逐渐重视,世界各子水在分散机中综合乳化,制得目标产物水性聚氨酯
国陆陆续续出台关于环保的法律法规。如何降低凃料中
据文献资料显示,当DMPA的含量占总质量的5%
易挥发有机物(VOC)含量成为人们研究的热点,水性聚
7.9%时,乳液的外观和稳定性都比较好。在此范围内
氨酯的发展逐渐显得重要
随着亲水性护链剂含量的增加,可以有效地提高涂膜的
水性聚氨是以水作为分散介质,在传统聚氮基力学性能,还可以使分子的粒径处于较小的范围,从而
础上引入亲水基团,从而提高其对水的相容性达到以水提高水性聚复酯的丰度,因此选定加入DMPA的质量分
代替有机溶剂的目的。水性聚氨酯具有无毒、无味、无数为7.9%。
污染、不燃、加工方便等特点,日益受到人们的关注。
R值(-NC0/-OH)的大小与乳液的稳定性和成膜性
单一的水性聚氨临在稳定性、廁水性、自粘稠性、光能关系密切。保证其它因素不变,随着R值増大,-NC0O
泽等方面不尽人意,另一方面丙烯酸树脂具有机械强度含量増大且形成交联成分増多,容易发生暴聚,产生凝
高、耐黄变、耐老化、耐候性好的优点,但同时存在耐熱胶化现象,造成体系的不稳定。我们把1.2作为R值的
性、耐溶剂性、耐性差的缺陷。由于呐种材料在性能上最佳比例
具有很人的互补性,因此如何将两种材料进行复合以制
另外,在确定反应时间的问题上,采取在每一步反
得性质优良的涂料是国内外的研究热点。
应进行时每隔一段时间取样进行-NCO含量滴定的方
法,达到珅论值所需要的最短时问为该步骤的反应时
2水性聚氪酯的制备
目前水性聚氨酯的研究最大的三个问题是性价比
在胶膜的制备上,加入质量分数为总质量3%的
太高、丰度不足、耐水性能不好。
2959光引发剂,再加入1%的三羟甲基丙烷单烯丙基瞇
考虑到成本上的因素,本实验采用的是廉价易得的( T MPME)交联剂,小心混合均匀月不令其产生气泡。让乳
DI作为原料。针对水性聚氨酯耐水性较差的问题,采液在聚四氟乙烯薄膜上流延并均匀地涂布,在常温下用
取引入交联剂和半酯的方法提高父联度,从而改善其耐400瓦的紫外光固化灯照射21h,使其形成厚度约为
水性能。本实验制备的是自乳化的阴离子型水性聚氨1mm的薄膜。
万方数据
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3水性聚氨酯的改性
线的整体趋势可见,水性聚氨酯的布氏硬度总体趋势随
3.1PET3A的加入对耐水性能的影响
着PFT3A的加入量增加而逐渐增加。
加入PET3A后对水性聚氨吸水性能的影响如图
內烯酸雊具有较高的机械强度,随着扩链剂一缩二
乙二醇被PET3A取代量増大,硬段在分子链中分布集中
程度增大,且随着PT3A的増加,双键含量增大,交联点
1Br16.6
?50
上升,交联密度增大,硬度提高。但硬段的集中及软硬段
Ht. Y
的分离影响着分子链的规柊排列程度,分子规整性下降
10
使能结晶部分变少,在一定程度上影响水性聚氨酯的硬
度。两种因素共同作用导致硬度数据有所反复,但总体
2
呈上升趋势。
3.3PET3A的加入对拉仲性能的影响
?白样
FTkか入量()
图tPET3A加入后对水性聚酯吸水率影响
23.95
单一的水性聚氨酯耐水性并不理想,由于丙烯酸酯
类化合物具有很好的耐水性,为了使乳液较为稳定且
53.713
径较小,保持DMPA的用量为7.9%不变,采用共聚的方
法在空白样的基础上用PET3A分别取代35%、50%、75%
的一缩二乙二醇。制出稳定的半透明乳液
空白祥
从图1可以看出在其他条件不变的情况下,随着
PET3A取代量
PET3A的添加量的增加,水性聚氨酯的吸水率逐渐下
图3PET3A的加入对水性聚氣酯拉仲强度影响
降,耐水性逐渐増大,与设想一致。这是因为引入的
PET3A的吸水率低,能弥补水性聚氨酯耐水性方面上的
从图3可以看出PET3A的加入明显改善了水性聚
不足,且PET3A的加入引入了较多的双键,使交联度提氨脂的拉仲性能,随者加入量的提高,水性聚氨酯的拉
高,增加其耐水性。
伸强度上升。这是因为闪烯酸酯的机械强度高,PET3A
3.2PET3A的加入对硬度的影响
的接入可以改善水性聚氨酯性能。随着缩二乙二.醇用
量的减少和PET3A用量的增加,分子量逐渐减少,使得
加入PET3A后对水性聚氨酯硬度的影响如图2
分子链间含亲水基团的硬段之间的静电作用以及氢键
作用增强。离子的聚集度加强而软硬段分离使胶膜貝有
642
良好的拉伸性能。加之PET3A的加入引入较多的双键,
以上因素使交联密度增大,使水性聚氨酯的拉伸性能得
以提高。
4结论
本文先用一定配比的TDI与PCD.为基本原料,加
入计量的非亲水性扩链剂一缩二乙二醇和亲水性扩链
剂DMPA进行扩链并引入亲水性基田,最后加入TEA,加
空臼
P取代?
水综合乳化,通过红外光谱表示成功令成了水性聚氨酯
图2PET3A加入后对水性聚酯硬度影响
乳液。
采取控制变暈法对原料的加入量进行讨论,控制其
根据图2空自样与FPET3A25%取代的落差可以看他因素不变,调节TDT与PCDL_的比例,发现当比例为
出,PET3A的加入对水性聚氨酯的使度影响较大。从曲5.5:1时产物的稳定性最好,在常温下避光放置3个月
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