氨基树脂在常温固化漆中的应用与研究

氨基树脂在常温固化漆中的应用与研究

田洪星1，2孙道兴1

（1.青岛科技大学环境与安全学院，266042；2.山东省滨州市公安消防支队，256600）

摘要：羟基丙烯酸树脂与氨基树脂、封闭型磺酸盐潜催化剂、稀释剂等复配成的丙烯酸氨基漆，具有低温固化特性，该氨基漆与一定比例的多异氰酸酯固化剂混合，制得氨基聚氨酯漆。该涂料贮存稳定性好，交联密度高，可常温自干，也可低温固化。

关键词：羟基丙烯酸树脂；氨基树脂；多异氰酸酯固化剂；氨基聚氨酯漆

0.引言

聚氨酯漆具有较高的交联密度，呈现出优异的耐化学腐蚀性、耐酸碱性、耐溶剂性、耐磨性、耐划伤性等特性，且漆膜丰满光亮、附着力优异。另外，其含羟基组分与多异氰酸酯固化剂的比例可调，能常温自干或低温烘干，在家具、塑料、大型机械、航空、工程、电器等行业获得广泛应用。但聚氨酯涂料活化期短，复配后3h左右易稠化变质。另外，通常的多异氰酸酯固化剂对水、醇、湿气非常敏感，稀释剂中有少量水时，稀释剂与固化剂混合就会变混浊，致使漆膜的光泽度、附着力大大下降。因而聚氨酯稀释剂需经脱水处理（即使用氨酯级稀释剂），或加入大量环己酮等组分，这样会增加涂料气味和成本，且施工条件要求高，使用不便。

1.实验部分

1.1实验原料

低羟值丙烯酸树脂A450（羟值1.0%，固体分50%），拜耳材料科技贸易（上海）有限公司；低羟值丙烯酸树脂D50（羟值1.2%），某合资公司；低羟值丙烯酸树脂S50，江苏某公司；封闭型磺酸盐催化剂，自制；低醚化度三聚氰胺甲醛树脂（氨基树脂582，固含量60%），美国杜邦公司；多异氰酸酯固化剂缩二脲N75和DesmodurEXP2605（以下简称XP2605，50%TDI-MDI预聚物），拜耳材料科技贸易（上海）有限公司；TMP/TDI加成物（TT），江苏三木集团、青岛油漆厂；TDI三聚体（TD），上海新华树脂厂。

1.2实验过程

（1）羟基丙烯酸树脂与多异氰酸酯固化剂和稀释剂混合，制得常温自干型聚氨酯漆；

（2）把不同比例的上述丙烯酸氨基漆分别与一定质量的多异氰酸酯固化剂混合，并加入一定量工业级二甲苯和少量酮、醋酸酯溶剂稀释，制得常温自干型氨基聚氨酯漆。

2.结果讨论

2.1涂料的复配

羟基丙烯酸树脂A450、D50和S50分别与一定比例的氨基树脂配成氨基漆，再与一定比例的多异氰酸酯固化剂混合后，加入工业级二甲苯、醋酸酯类等溶剂稀释（不经脱水处理），形成清澈透明的氨基丙烯酸聚氨酯漆。该涂料与常规丙烯酸聚氨酯漆的性能比较见表1。

表1氨基丙烯酸聚氨酯漆和常规丙烯酸聚氨酯漆的性能比较

2.2漆膜的性能

将氨基丙烯酸漆A、丙烯酸聚氨酯漆B（羟基丙烯酸树脂A450与缩二脲N751∶1当量比）和氨基丙烯酸聚氨酯漆C（A中加入一定量的多异氰酸酯缩二脲N75）涂成40μm厚的漆膜，常温下测定性能。经7d常温干燥后准确称取一定量的漆膜，用铜网包覆后，放入盛有沸腾二甲苯的索氏抽提器中抽提24h后，再在一定温度下恒重，计算各漆膜的交联度，结果见表2。

表2漆膜的性能比较

注：氨基丙烯酸漆A为70℃烘烤，其余为常温干燥。

表2结果表明：在氨基漆中加入一定比例的多异氰酸酯固化剂配制的氨基聚氨酯漆，既可常温固化，也可在60~90℃温度下烘烤10~25min完全固化，烘烤时间约为氨基漆的1/3，提高生产效率，节省能源。这种方法配制的聚氨酯漆成本低，漆膜丰满光亮，综合性能优异。选

择合适的多异氰酸酯与氨基漆的比例（固体分比为1∶2~3），并配以高效催化剂（有机锡化合物），可制得常温固化或低温烘干的双组分聚氨酯漆，并且不必使用氨酯级稀释剂。这种配制方式大大方便了涂料喷涂厂。

2.3漆膜的红外光谱分析

图1a-c分别为氨基丙烯酸清漆A、丙烯酸聚氨酯漆B和氨基丙烯酸聚氨酯漆C的红外光谱图。对比A、B和C的红外谱图可知：图1a在1900~2500cm-1处无-N=C=O的伸缩振动峰，而在图1b和图1c中，在2275cm-1处出现了-N=C=O的伸缩振动峰，说明固化的聚氨酯漆膜中含有残存的微量异氰酸基；图1a中3743cm-1处出现了单峰，为游离仲胺的吸收峰，而在图1b和图1c中无此单峰，说明在聚氨酯漆膜中无游离仲胺；在图1a中1732cm-1处只出现一宽峰，在图1b和图1c中1714~1743cm-1处出现了三重峰，说明氨基树脂与丙烯酸树脂只发生了单一的交联反应，而聚氨酯漆膜中发生了多种交联反应，形成多个酯峰。

图1漆膜的红外光谱图

2.4涂料的稳定性和固化机理

将氨基丙烯酸漆分别与TMP/TDI加成物、TDI三聚体或缩二脲N75按一定比例混合，均得到清澈透明的氨基丙烯酸聚氨酯漆，再加入一定量工业二甲苯、醋酸酯、丁醇等溶剂也不见混浊现象，并且该漆膜的丰满度和光泽度有所提高。这说明氨基树脂与多异氰酸酯等组分的混溶性好，并且氨基树脂的存在降低了多异氰酸酯固化剂对工业级二甲苯等溶剂中水的敏感性，增强了树脂间的相容性等综合性能。原因除了多异氰酸酯固化剂的氰基与丙烯酸树脂中的羟基、羧基等极性基团形成较强的氢键和发生交联反应外，还与氨基树脂分子中的N原子形成配位键并发生交联反应，增强了涂料组分间的溶解性、贮存稳定性和反应交联度有关。另外，在氨基丙烯酸漆中加入适量的封闭型磺酸盐潜催化剂等，可改变漆料的反应历程，降低Ea，使涂料可低温固化，提高涂料在塑料、家具等底材上的适用性。单分子反应体系可同时满足低温稳定性和高温快速固化。因此，应设法将双分子反应体系变为单分子反应体系，控制常温下的反应速率。利用潜催化剂和封闭型反应物可达到此目的。潜催化剂常温下稳定，不具有催化特性，较高温下可分解出有机酸，起到催化作用。

2.5新型多异氰酸酯固化剂XP2605的性能研究

氨基树脂配成的氨基丙烯酸聚氨酯，降低了多异氰酸酯固化剂对工业级二甲苯、醋酸酯类等溶剂中微量水的敏感性，增强了树脂间的相容性，节省能源。但由于氨基树脂的分子链段短，空间位阻大，形成的漆膜脆性增大，附着力降低，必须精选成膜物树脂。拜耳材料科技贸易（上海）有限公司推出的新型多异氰酸酯固化剂XP2605为固含量50%的TDI/MDI预聚物，属湿固化型多异氰酸酯，可代替脂肪族和芳香族多异氰酸酯固化剂在各种场合使用，涂料不会产生混浊。实验结果表明：XP2605既可以单独使用，也可以部分或全部代替其它多异氰酸酯固化剂配制聚氨酯涂料或添加于硝基漆中，呈现出良好的组分相容性、快干性、抗化学品性和机械性能，并易被消光，可广泛用于家具、塑料和金属等器件表面的涂装。XP2605为固化剂的丙烯酸聚氨酯漆性能指标见表3。

表3XP2605为固化剂的丙烯酸聚氨酯漆性能指标