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[其他] DP水漆技术如何提高水性聚氨酯树脂的交联密度

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发表于 2017-12-7 12:24 | 显示全部楼层 |阅读模式

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上海六链 陈正林
单组份水性聚氨酯具有很高的断裂延伸率(可达800%)和适当拉伸强度(20 MPa),并能常温干燥。因为高分子量聚合物不能形成良好而稳定的水分散体,所以传统的单组份水性聚氨酯通常是较低分子量或低交联度。与溶剂型单组份聚氨酯涂料相比,单组份水性聚氨酯涂膜的耐化学介质性不良,硬度、表面光泽度和鲜艳性较低。
为提高水性聚氨酯涂料的机械和耐化学介质性能,交联改性能显著提高涂膜性能,从而扩大涂料的应用范围。目前,交联方法主要有:
①内交联法,在乳液或水分散体合成时加入少量三官能度或更高官能度的化合物形成轻度交联,或者加入水挥发后能与分子中活性基团起反应的化合物交联,如酰胺/酰肼交联。美国Olin公司最近研制出使用尿丁酮作为内交联剂的新技术。采用该技术能够制得稳定的乳胶体系,其乳胶颗粒中的聚氨酯骨架中含有尿丁酮基。当过量的二元胺迁移到乳胶颗粒中,与尿丁酮反应形成缩二脲键时,能诱发辅助交联反应。这种辅助交联反应发生在乳胶颗粒内,它增大乳胶颗粒中聚氨酯链分子量而不影响乳胶的稳定性,克服了当前单组份水性聚氨酯涂料所存在的硬度低、耐水性和耐溶剂性不良的缺点。
②气干法,即利用空气中的氧气使水性聚氨酯链上的不饱和碳碳双键发生氧化交联。
③外交联法,外交联法能显著提高涂膜性能,根据交联剂的不同,外交联改性可分为如下几种:
(1)氮丙啶化合物交联
氮丙啶化合物是羧基的良好交联剂,常温下氮丙啶与羧基可发生快速反应形成交联,反应式如下所示。
(1)氮丙啶化合物交联.jpg
2)环氧基交联
在室温和中等温度条件下环氧基可以和树脂中的羧基和羟基发生化学反应,其反应式如下。这类反应也可用于乳液合成中使乳胶粒子轻度交联。
(2)环氧基交联.jpg
3)硅氧烷交联
带特殊官能团的硅氧烷与乳液的活性基团发生水解缩聚而交联,如带环氧基的硅氧烷与乳胶粒子中的羧基反应,反应式如下。
(3)硅氧烷交联.jpg
4)多碳二亚胺交联
碳化二亚胺可与-COOH反应形成交联,可作为水性涂料的交联剂,反应式如下。
(4)多碳二亚胺交联.jpg
5)金属离子交联
碳酸铵锆盐或碳酸铵锌盐与树脂羧基的交联反应可室温进行,产生的离子键有很好的耐热性和耐醇性,交联后涂膜硬度和耐水性可得到改善,其反应式如下。
(5)金属离子交联.jpg
通过在施工前在WPU中加入氮丙啶、碳化二亚胺、三聚氰胺等外交联剂,涂料成膜后其耐溶剂性明显提高。 除了交联改性,还可以在水性聚氨酯体系中引入其它组份,进行复合改性,这是聚氨酯改性的重要途径。目前,聚氨酯与羟甲基纤维素、聚乙烯醇、醋酸乙烯、丁苯橡胶、环氧树脂、聚硅氧烷和聚甲基丙烯酸甲酯的复合乳液均有研究,其中后三类复合乳液的研究较为活跃:环氧树脂改性是将聚氨酯预聚物中-NCO同环氧树脂链上的环氧基发生反应,使聚氨酯分散体的综合性能大为提高;聚氨酯聚硅氧烷一般为聚硅氧烷和聚氨酯的嵌段共聚物,具有很好的机械性能、柔韧性、电性能和表面性能;丙烯酸改性聚氨酯(PUA)乳液可将聚氨酯的较高拉伸强度和抗冲强度、优异的柔性和耐磨损性能与聚丙烯酸酯的良好附着力、较低成本有机的结合,能制备出高固含量、低成本的水性聚氨酯树脂。
无论是交联改性还是复合改性聚氨酯,它们都属于单组份聚氨酯(或交联剂组份量很少),其涂膜性能还不够理想,也可采用对单组份水性涂料的涂膜进行烘烤等后处理,以提高涂膜性能。想要得到更高性能的涂膜,还须采用双组份聚氨酯体系。

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