室温自干型水性PU木器涂料环球聚氨酯网聚氨酯方案

室温自干型水性PUA木器涂料环球聚氨酯网聚氨酯

室温自干型水性PUA木器涂料

朱宁香，叶代勇，陈焕钦

环境保护已成为世界的共同责任，因此，研究和开发环保型涂料已经成为各国研究的重点和热点。环保型的水性涂料、粉末涂料、高固含量涂料和辐射固化涂料已成为涂料发展的主要方向。聚氨酯树脂(PU)因其具有良好的物理力学性能，壹定的耐水性、优用的低温柔韧性、耐候性、耐碱性、弹性等，于涂料、胶粘剂、印染、油墨等行业得到了广泛的应用。随着人们环保意识日益增强和各国环保法规的相继出台，溶剂型聚氨酯涂料由于其挥发性有机物(VOC)含量高，严重污染了生态环境，故其应用越来越受到限制。水性聚氨酯(WPU)涂料具有溶剂型聚氨酯涂料大部分优异性能，加之其溶剂为水，已经成为研究的热点。但由于水性聚氨酯涂料于耐水性、耐化学品性以及硬度等方面的不足仍限制了其应用范围。因此，提高水性PU树脂的性能成为

国内水性涂料聚氨酯发展的关键所于。

本实验于合成水性聚氨酯的基础上对其进行了多重改性，制备了性能优异的水性聚氨酯分散体及其涂料，分析测试表明，WPU涂料是壹种经济环保的高性能涂料。

1实验部分

1.1树脂合成

1.1.1实验原料

实验原料见表1。

表1水性聚氨酯主要原料

Table1MainrawmaterialsofsynthesisofPUAhybriddispersion

表2WPUA树脂技术指标

Table2PropertyofWPUA

原位聚合：于50-90℃于2-5h内滴加引发剂AIBN进行聚合，再降温到环境温度出料，静置过滤，减压蒸馏脱去溶剂即得WPUA复合分散体，分散体的主要性能如表2所示。

1.2清漆配制

1.2.1清漆配方

以本实验合成的WPUA树脂为成膜物质，添加适量的助剂，于壹定的分散工艺下制备了WPUA木器漆，

其配方如表3所示。

1.2.2实验步骤

用电子称准确称取WPUA分散体置于分散机中，于600r/min下预分散15min；加入预混合的去离子水和助溶剂，然后按配方依次加入其他助剂，继续搅拌20min，调节体系黏度和pH值且消泡后过滤，出料包

装即得WPUA木器清漆。

将制备的清漆分别刷涂于马口铁片、玻璃板和聚四氟乙烯膜上测试其性能。

表3室温自干型WPUA木器清漆配方

Table3Vanishofambienttemperatureair-dryingWPUAforwood

2结果和讨论

2.1树脂合成工艺

2.1.1WPU合成基本反应

聚氨酯的合成是氢转移的逐步聚合使链增长的过程，又称为加成聚合过程。具体过程如下：

WPU合成基本反应

水性聚氨酯的最大的缺点就是其耐水性差，而对木器涂料壹般要求涂膜具有良好的耐水性，因而传统的水性聚氨酯涂料于木器上的应用受到了极大的限制。提高水性聚氨酯涂料的耐水性的壹个重要的方法就是提高交联度。三羟甲基丙烷(TMP)是常用的三官能度的小分子交联剂。本实验考察了TMP的用量对分散体黏度和涂膜吸水率的影响，如图1（略）所示。从图能够见出，最佳的TMP用量为羟基总量的5.2%。

2.1.3环氧树脂E-20改性

环氧树脂为多羟基化合物，于和聚氨酯反应时能够将支化点引入聚氨酯主链，使之形成部分网状结构而使性能更为优异。环氧树脂E-20对涂膜吸水率和硬度的影响如图2（略）所示。

加入环氧树脂后，产品的耐水性有明显的提高，随着环氧树脂用量的增加，水性聚氨酯分散体外观由半透明变化到不透明，分散体的贮存稳定性下降，硬度增大，随着环氧树脂添加量的增加，改性后的PU的交联密度增大，降低了聚氨酯树脂的亲水性，聚氨酯水分散体的稳定性下降，当环氧树脂添加的质量分数达到8%时，离心分离测试结果有微量沉淀，当环氧树脂的含量超过10%时，极易凝胶。最佳环氧树脂添加量为6%

左右。

2.1.4MMA改性

PUA的核壳结构于提高乳液的耐水性、物理机械性能及节约成本上作出了巨大的贡献。研究表明：即使于相同的原料组成下，具有核壳结构胶粒的聚合物乳液具有更优异的性能。MMA含量对涂膜吸水率及硬度的

影响。

MMA为硬单体，和PU硬段的极性相似且易形成氢键，具有较好的相容性，所以随MMA含量增大，相当于提高了PUA硬段比例，使硬段所形成的微区具有高强度、高硬度及不易被溶剂破坏的特点。故涂膜的硬度、拉伸强度增大。随着MMA含量的增大，相应降低了PU分子结构中软段的比例，而软段非晶区提供柔

软弹性，故断裂拉伸率减小。从图3（略）能够见到，MMA加入后耐水性明显改善，聚氨酯水分散体胶膜因为分子链具有较好的亲水性很快被水渗入、溶胀，表现为吸水率较大，而丙烯酸酯改性后的胶膜，由于核壳交联结构的形成，疏水的丙烯酸酯阻碍了水分子的渗入。丙烯酸酯的含量越高，于每胶粒中，疏水的链段的比例越高，水分子的渗入程度越低，从而吸水率降低。

2.1.5黏度

从2.1.1可知，反应过程是个相对分子质量逐步增大的过程，也是黏度不断增大的过程，本实验是采用丙酮法来合成聚氨酯预聚体的，因此于实验过程中对预聚体黏度的控制是实验的关键。丙酮是强溶剂，丙酮的用量过多，增大脱溶剂的成本；丙酮的用量过少，预聚体的黏度过大，极易凝胶。经实验发现，视预聚体的黏度，采用分步添加适量丙酮，于引入亲水性基团前保证预聚体的黏度于30s(涂-4杯，25℃)以下，引入亲水性基团后1.0h加入全部丙酮用量的壹半，且于降温过程中用MMA代替丙酮来降低树脂的黏度是壹种比较

成功的控制预聚阶段黏度的工艺。

2.1.6分散工艺

实验中研究了不同的分散工艺对水性PUA分散体性能的影响。主要考察了加水方式和搅拌转速对分散体外

观的影响，结果如表4所示。

表4分散工艺对分散体性能的影响

Table4Influenceofdisperseprocessonpropertyofdispersion

由表4可知，于水的加入方式上，把水慢慢加入预聚体中比较合适；于转速的选择上，选择6000r/min较合适。实验测定了当转速为6000r／min时，俩种不同的加水方式的分散体的黏度、粒径和贮存稳定性，结果表明，采用将水逐渐加入预聚体中时得到的分散体黏度适中、粒径较小、贮存稳定性好。

2.2清漆及漆膜性能检测

按表3配方配制了WPUA清漆，且按GB/T1729-1992制备漆膜。此清漆及其漆膜性能检测如表5所示。

表5WPUA漆及其漆膜性能检测

Table6PropertiesofWPUAcoatingsanditsfilm