涂料论文概述

聚氨酯水分散皮革涂料原料与涂料性能检测

一、概述

随着各国环保法规对涂料体系中挥发性有机化合物(VOC)含量的严格限制，促进了以水性涂料为代表的低污染型涂料的发展。水性聚氨酯涂料是发展最快的涂料品种之一。水性聚氨酯树脂以水为分散体，安全、环保、机械性能良好，易于改性，广泛地应用于涂料、胶黏剂、皮革、油墨、印染等行业。但由于水性聚氨酯的拒油耐水性、热性能相比溶剂型聚氨酯，仍有差距，常需要对其表面及本体进行改性，以增加水性聚氨酯材料在恶劣环境下的稳定性。聚氨酯分散皮革涂料是一种以水代替有机溶剂作为分散介质的新型聚氨酯体系，也称水分散聚氨酯、水系聚氨酯或水基聚氨酯的原料。聚氨酯涂料是目前较常见的一类涂料，可以分为双组分聚氨酯涂料和单组分聚氨酯涂料。双组分聚氨酯涂料一般是由异氰酸酯预聚物（也叫低分子氨基甲酸酯聚合物）和含羟基树脂两部分组成，通常称为固化剂组分和主剂组分。这一类涂料的品种很多，应用范围也很广，根据含羟基组分的不同可分为丙烯酸聚氨酯、醇酸聚氨酯、聚酯聚氨酯、聚醚聚氨酯、环氧聚氨酯等品种。一般都具有良好的机械性能、较高的固体含量、各方面的性能都比较好。是目前很有发展前途的一类涂料品种。

二、应用领域

聚氨酯水性分散体涂料由于具有低VOC和优异性能,经济上也易为人们接受,自20世纪60年代问世以来,性能不断地改进,获得了广泛的应用。相关数据也给出了水分散聚氨酯涂料应用的一些领域。对有关应用领域在后面作重点分述,主要是叙述单组分(未改性) 聚氨酯水分散体的应用,也涉及到改性的单组分产品以及双组分聚氨酯水分散体的应用。

皮革的涂饰是干制和鞣制的皮革的表面处理,是为了改进革面的颜色、手感和外观。溶剂型聚氨酯涂料早已用于皮革表面的涂饰,由于VOC限制,逐步用水性

聚氨酯取代。采用聚氨酯水分散体涂饰剂是对皮革表面抗沾尘,耐水与抗磨擦性的改进同时进行的。涂饰施工从底到面涂几层,以增加涂膜硬度,一般涂层包括底涂、着色层(底色涂层)和面饰层。

聚氨酯水分散皮革涂饰剂是丙烯酸酯水分散体涂饰剂的换代产品,克服后者低温脆变、高温发黏的缺点,用于皮革高档产品的装饰,国内在这方面应用较为成熟,用量较大。仅甘肃与西北地区估计每年用量几千吨,全国用量未见统计数据。皮革的表面涂饰必须提供耐水、附着力好的底层, 为得到较好的耐水性,聚氨酯水分散体采用氮丙啶、碳化二亚胺、环氧或异氰酸酯交联剂交联改性。聚氨酯水性分散体仍需用于“漆皮革”(用色漆作涂饰剂制成的面革)中,双组分和相对分子质量高的湿固化预聚物继续在这个工艺中使用,为提高切割开皮革的质量等级, 溶剂型聚氨酯还继续使用。

三、性能指标分析

1．PUDs的性能特点：

水性聚氨酯树脂通常可分为PU水溶液、PU分散体和PU乳液三种，市场上

应用的水性聚氨酯基本都是PU乳液和分散体。通常将后两类称为PU乳液或分散体（PUDs），水性聚氨酯分散体（PUDs）比其他结构水性聚合物具有更多的优点，而且符合环保要求，主要表现为：

⑴分子组成变化范围广，可赋予分散体不同的性能特点（可软可硬）；

⑵分散于水中，无游离的异氰酸酯，无毒性；

⑶对底材有良好的附着力和物理机械性能，如耐磨性和抗冲击性；

⑷具有良好的低温成膜性和柔韧性；

⑸脂肪族异氰酸酯对光稳定，可适合户外使用；

⑹经特制的分散体具有良好的耐水、耐溶剂性和耐化学性；

⑺经特制的分散体可具有较高的光泽和良好的颜料展色性；

⑻施工方便，干燥速度快；

⑼和其他水性聚合物，如丙烯酸乳液，有良好的相容性；

⑽溶剂含量少，符合VOC排放要求，甚至可做到零VOC。

正是由于PUDs具有上述杰出的性能，经过三十年的发展，目前在欧美国家已广泛应用于皮革、纺织、木材地板、塑料、汽车、混凝土等领域。

目前大多数水性PU主要是由自乳化法制备，以含亲水性基团的PU为主要固化成分，涂膜干燥时若亲水成分不能有效的进入交联网络中，干燥形成的涂膜遇水易溶胀。另外其缺少像双组分溶剂型PU涂膜所能得到的交联密度和高相对分子质量，因而这些水分散体涂膜的耐水性、耐溶剂性、耐热性和光泽性较差，严重地限制了其使用的范围。因此，常采用提高涂膜的交联密度来改善乳液涂膜的耐水性。常用的交联方法有两种:一种是在合成PU预聚物时，加入官能度大于2的多羟基化合物，直接生成交联PU 预聚物，将上述预聚物很好地分散在水中，并扩链形成大分子，最后形成乳液。

这种方法也叫前交联法，缺点是易使预聚物黏度增大，较难分散在水中，影响乳液的稳定性。近年来新型交联剂和多官能团扩链剂的筛选与合成的研究相当活跃，已成为提高水性PU物理机械性能和耐水性能的主要途径之一。另一种方法为外交联法，采用带羧的阴离子PU乳液进行交联，交联反应发生在PU分子的羧基上，有氮丙啶、碳化亚胺以及金属盐类化合物，在室温条件下进行交联。这类交联剂一般在使用PU乳液时加入，因其交联反应速率很快，短时间内产生凝胶而破乳。外交联法可成功解决PU乳液涂膜的亲水性问题，但因外加交联剂，组成双组分涂饰剂给施工带来不便，此方法使用较少。

(2)预聚体法、丙酮法、熔融分散法；

(3)二元胺直接扩链与酮亚胺—酮连氮法等测定方法。

我们现在将一系列的改性有机硅树脂引入到聚氨酯皮革、聚氨酯涂饰剂、聚氨酯粘合剂、鞋底料、聚氨酯涂料、油墨中去，通过工程师的对比试验发现，可解决目前水性PU和油性PU产品存在的种种问题。

四、意义

近年来，水性PU在纺织和印染助剂方面的应用越来越广泛。如用作染色助剂、涂料印花粘接剂、柔软与防皱整理剂、抗静电和亲水整理剂等，可提高其染色深度、牢度以及纺织物的其他性能。近年来，水性PU也广泛用于石油破乳剂，造价低、破乳效果好、速度快、无毒、使用方便。此外，在聚氨酯主链上接枝多氟烷基，即可制作优良的防水、防油、防污剂；在其主链上接枝卤素、磷等元素，也可制成优良的阻燃整理剂。PUWD涂料低VOC量,能符合日益严格的环保法规要求,并且具有高耐磨和其他优秀性能,正逐渐取代溶剂型PU涂料,在建材、木器、皮革、织物、一般涂料、油墨、汽车黏合剂等各方面广泛推广应用,是当前涂料中重要的发展品种。