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双组分水性聚氨酯哑光清漆的制备

放大字体  缩小字体发布日期:2012-07-09  浏览次数:1205
核心提示:聚氨酯树脂应用于涂料中能带来许多优异的性能,如坚硬、柔韧、耐磨、耐化学品、附着力强、成膜温度低、可室温固化等。传统的溶剂型聚氨酯涂料在合成和施工过程中使用大量的有机溶剂,
   1前言

  聚氨酯[1-3]是20世纪40年代新开发的一类人工合成聚合物,其分子主链中含有许多重复的氨基甲酸酯链段。聚氨酯树脂应用于涂料中能带来许多优异的性能,如坚硬、柔韧、耐磨、耐化学品、附着力强、成膜温度低、可室温固化等。传统的溶剂型聚氨酯涂料在合成和施工过程中使用大量的有机溶剂,释放大量的挥发性有机化合物,对人体健康和环境造成危害。水性聚氨酯以水作为分散介质,可调配成不含或仅含少许有机溶剂的涂料。双组分水性聚氨酯涂料由含有异氰酸根的水性固化剂和含有羟基的水性树脂组成,产品以水为分散介质,不含有机溶剂,具有无毒、不易燃烧、不污染环境、节能、安全可靠、不易损伤被涂饰表面、易操作和易改性等优点,理化性能可与溶剂型聚氨酯涂料相媲美,在木器涂料、塑料涂料、纸张涂料、建筑涂料以及织物和皮革涂饰等许多涂装领域得到了广泛的应用,水性聚氨酯正呈现出逐步代替溶剂型聚氨酯的发展趋势。

  本文研制了一种双组分水性聚氨酯哑光清漆,适用于环氧树脂体系或聚氨酯体系的表面消光,涂膜光泽柔和,具有耐磨、耐候、化学抗性好等特点,能在一定程度上掩饰涂层表面缺陷,提高涂层的综合性能,该产品可望在诸多领域获得应用。

  2实验

  2.1原料

  水性含羟基树脂Bayhydrol XP 2546和BayhydrolXP 2542、水性聚氨酯固化剂Bayhydur XP 2547,拜耳公司。其他助剂如润湿剂Hydropalat 140、消泡剂BYK024和Airex 901W、分散剂SN-Dispersant 5027、增稠剂RM-8W、消光剂OK500、流平剂BYK 380N、成膜助剂Texanol和蜡乳液Poligent WE1,均为市售。

  2.2制备方法

  双组分水性聚氨酯哑光清漆由A、B组分配制而成。制备时,首先加去离子水于分散缸中,开动分散机,调转速至800 r/min,依次投入树脂乳液BayhydrolXP 2546、润湿剂、消泡剂、分散剂、增稠剂、消光剂。然后调转速至1 500 r/min,充分分散20~30 min,再

  将转速调至300~500 r/min,加入树脂乳液BayhydrolXP 2542、流平剂、成膜助剂、蜡乳液和增稠剂,继续分散10~15 min。分散完毕,出料。A组分制备完成。A组分配方如下(以质量分数表示,下同):

  B组分为拜耳公司水性聚氨酯固化剂BayhydurXP 2547,用量25.00%,,z(NCO):n(OH)=1.6,活化期4h。

  2.3施工工艺

  使用时,A组分与B组分按质量比4:1倒入混合容器,手工或机械搅拌均匀,施工方法可采用辊涂或喷涂方式。本实验制备的双组分水性聚氨酯清漆黏度较低,施工时可视黏度适量添加水分,添加量不应大于8%,控制施工温度不低于10 0C。双组分水性聚氨酯哑光清漆的活化期与温度有关,温度越高,反应进行越快,活化期缩短。但乳液黏度没有显著变化,因此不能通过黏度判断是否变性。一般可在2h内施工完毕。当环境温度低于10 0C而高于0 0C时,可加入2%丙二醇以增加抗冻融性。

  3结果与讨论

  3.1含羟基树脂组分

  实验配方中的含羟基树脂组分选用拜耳公司的Bayhydrol XP 2546和Bayhydrol XP 2542,这2种羟树脂原料的基本性能(摘自产品说明书)如表1所示。

  以分散,因此配方选用了一种细度较小、消光效率高并且易于分散的消光剂OK500。经过试验,加入不同含量的该消光剂对所制清漆光泽度(600)的影响效果如图3所示。

  它表明,消光剂的质量分数大于2.4%时,可以取得理想的消光效果,符合哑光清漆的要求。但过量的消光剂会使配制清漆所需的分散时间和分散速度随之加大,同时储存中易出现沉淀,影响使用效果。因此,消光剂的质量分数以2.4%为宜。

  3.4 NCO与OH摩尔比的影响

  双组分水性聚氨酯涂料中异氰酸基团与羟基的比例十分关键。双组分混合体系中主要的潜在反应如下[3]:

  水性聚氨酯反应体系中一定的异氰酸酯与活泼氢化物的反应种类很多,生成的活性基团又可进一步反应,生成其他高分子支链化合物。因此,在配制双组分聚氨酯涂料时一般采用异氰酸酯过量。而反应体系中NCO与OH的摩尔比对涂料最终成膜的物化性能有很大影响。为确定适宜的两组分反应比例,在双组分水性聚氨酯涂料的制备实验中,选取不同比例的A、B组分混合制备漆膜,在标准条件下固化7d,测试各漆膜的机械性能,研究不同的NCO、OH比例与漆膜性能之间的关系,实验结果如表2所示。测试结果显示,NCO/OH比值越高,交联固化速度越快,漆膜硬度越高,耐磨性增强,同时脆性增加,光泽也提高。当A、B质量比为4:1,n(NCO):n(OH)约为1.6时,反应制得的漆膜具备良好的综合性能,光泽低,柔韧性好,硬度和耐磨性均理想,干燥速度适中,是理想的混合比例。

  3.5双组分水性聚氨酯哑光清漆的性能

  所制备的双组分水性聚氨酯哑光清漆性能检测结果见表3。

  4结语

  双组分水性聚氨酯涂料兼有溶剂型聚氨酯涂料的高性能和水性涂料的环保性能,应用前景十分广阔。本文介绍了一种双组分水性聚氨酯哑光清漆的制备研究方法。配方选用拜耳公司的水性聚丙烯酸树脂乳液和脂肪族聚异氰酸酯固化剂,设计了含羟基组分Bayhydrol XP 2546和Bayhydrol XP 2542乳液合理的混拼比例,并通过改变两组分的反应比例进行对比试验,确定了A、B组分的理想施工质量比为4:1。试验研究了消光剂的加入量与涂膜光泽之间的变化关系,确定了消光剂适宜的添加量为2.4%。 按此配方制备的水性聚氨酯哑光清漆硬度≥2H、柔韧性≤1,具有耐磨、耐候性等特点,可用于降低环氧树脂或聚氨酯体系的表面光泽,具有施工用量少,消光效果显著的特点,应用于涂层体系能提高涂层的综合性能。

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