返回頂部
返回首頁
返回首頁
歡迎訪問  中國牛涂網   | 今天是   
中國牛涂網全新改版進行中!
31选7最新开奖结果
home 您現在的位置: 首頁 >水電五金>技術中心 > 詳細信息
陰離子型聚氨酯水分散體的合成及其在單組分水性素色漆中的應用,通過自制的中間體,在分子鏈上引入大位阻的側基、聚碳酸酯和聚酯鏈段、磺酸鹽鏈段、局部交聯鏈段,制備了一種可用于單組分素色漆的陰離子型聚氨酯水分散體( PUD)
2019年10月05日    閱讀量:4582    新聞來源:中國牛涂網-涂料,化工,機械,建材,行業資訊門戶網站  |  投稿

聚氨酯水分散體( PUD) 是聚氨酯粒子分散在一個以水為連續相的二元膠體系統。PUD 的技術優點在于相對分子質量與黏度無太大關系,具有優良的常溫自干性。PUD 膠膜具有優異的耐磨性、柔韌性、附著力和耐化學性,經過交聯改性后,還可以提升其耐水性、耐化學性和耐候性等綜合性能涂料在線coatingol.com。然而聚氨酯水分散體的制備過程較為復雜,工藝控制嚴格。目前,僅有少數能夠大規模生產聚氨酯水分散體的公司。


汽車涂料主要分為底漆、中涂、色漆和罩光漆,色漆又可分為素色漆和金屬閃光漆,色漆是所有涂層中VOCs 排放量最大的,其有機溶劑含量高達85%,施工固體分只有15%左右,占汽車車身涂裝所用各道涂層的VOCs 總排放量的50%左右。因此,國內外都重點研究開發水性汽車色漆,以快速降低汽車涂料的VOCs 排放量。


目前國內外關于汽車用水性素色漆的報道已有很多,但大多存在3 個問題: ① 使用丙烯酸乳液作為主體樹脂的水性素色漆,貯存穩定性差,丙烯酸乳液對色漿的展色力差,而且丙烯酸乳液的藍光常影響素色漆的色相; ② 使用聚氨酯水分散體作為主體樹脂的水性素色漆,所用的聚氨酯水分散體與各類樹脂、色漿和助劑的相容性并不理想,所以制備出的素色漆穩定性較差; ③ 常見的聚氨酯水分散體制備的素色漆漆膜的物理機械性能、耐水性、耐化學性以及耐候性方面都存在一定缺陷。


本文通過在PUD 分子鏈上引入特殊鏈段和官能團,使其與色漿有良好的相容性,對色漿具有良好的展色力,并研究了制備的水性素色漆的物理機械性能、耐水性、耐化學性和耐候性。

1 實驗部分
1. 1 原材料與試劑
叔碳酸縮水甘油酯( E10P) : 優級純,邁圖高新材料( 上海) 有限公司; 二羥甲基丁酸、三羥甲基丙烷、丙三醇、季戊四醇、雙季戊四醇、三羥甲基丙烷( TMP) ,二甲基乙醇胺( DMEA) 、N-乙基吡咯烷酮:分析純,阿拉丁試劑有限公司; 聚碳酸酯二醇( PCDL) 、聚酯二醇( PCL) : 優級純,柏斯托( 上海) 貿易有限公司; 異佛爾酮二異氰酸酯( IPDI) : 優級純,科思創; 有機鉍催化劑: 優級純,美國空氣化學有限公司; 消泡劑、增稠劑: 優級純,畢克化學( 中國) 有限公司; 基材潤濕劑: 優級純,贏創特種化學( 中國) 有限公司; 丙二醇丁醚: 分析純,天津科密歐化學試劑有限公司; 色漿: 自制。
1. 2 陰離子型PUD 的合成
陰離子型PUD 的合成配方如表1 所示。
陰離子型聚氨酯水分散體的合成及其在單組分水性素色漆中的應用,通過自制的中間體,在分子鏈上引入大位阻的側基、聚碳酸酯和聚酯鏈段、磺酸鹽鏈段、局部交聯鏈段,制備了一種可用于單組分素色漆的陰離子型聚氨酯水分散體( PUD)  中國牛涂網-涂料,化工,機械,建材,行業資訊門戶網站
合成工藝過程如下: ① 在裝備了攪拌器、油浴鍋和溫度計的三口燒瓶中加入等物質的量的叔碳酸縮水甘油酯和二羥甲基丁酸,升溫至120 ℃,反應5 h,待酸值低于7 mgKOH/g 時停止反應,獲得中間產物二羥甲基叔碳酸酯; ② 在裝備了攪拌器、冷凝管、溫度計、油浴鍋和真空泵的反應釜中,加入聚碳酸酯二醇和聚酯二醇,升溫至110 ℃,抽真空1 h,去除水分,然后冷卻至50 ℃加入二羥甲基叔碳酸酯、擴鏈單體、交聯單體、二異氰酸酯以及催化劑和助溶劑,緩慢升溫至65 ℃,保溫1 h,然后緩慢升溫至85 ~ 90 ℃,保溫3 ~ 4 h,直至—NCO含量為0; ③ 降溫至80 ℃加入去離子水乳化0. 5 h,過濾出料。
1. 3 汽車用單組分水性素色漆的制備
含陰離子型PUD 的汽車用單組分水性素色漆的制備配方如表2 所示。
陰離子型聚氨酯水分散體的合成及其在單組分水性素色漆中的應用,通過自制的中間體,在分子鏈上引入大位阻的側基、聚碳酸酯和聚酯鏈段、磺酸鹽鏈段、局部交聯鏈段,制備了一種可用于單組分素色漆的陰離子型聚氨酯水分散體( PUD)  中國牛涂網-涂料,化工,機械,建材,行業資訊門戶網站
制備含陰離子型PUD 的汽車用單組分水性素色漆的工藝過程如下: 在攪拌釜中加入一定量的PUD,在中低速攪拌下加入一定量的色漿,分散5 min,然后依次加入基材潤濕劑、消泡劑、增稠劑和助溶劑,每個助劑加入后都需要攪拌5 min,方可加入下一個助劑,所有助劑和助溶劑加完后攪拌10 min,靜置、消泡、過濾即得到水性素色漆。
1. 4 汽車用單組分水性素色漆膜的制備
漆膜按國標GB /T 1727—1992 制備,所用鋁板尺寸為75 mm×150 mm,經過脫脂、除銹和磷化處理,把制備好的素色漆用自制的稀釋劑調節施工黏度為涂-4#杯( 25 ℃) 20 s 左右,噴涂于打磨好的鋁板上,待漆膜吹干后,噴涂自制的罩光清漆,然后在70 ℃烘烤1 h,即獲得水性素色漆膜。
1. 5 測試與表征
按GB /T 1721—2008 方法測定樹脂水分散體外觀; 按照GB /T 1727—1992 制備漆膜; 采用德國儀力信的500MC 型PicoGloss 光澤度儀( 60°) 根據GB /T9754—1988 測試漆膜光澤; 根據GB /T 6739—2006方法測定漆膜的硬度; 根據GB /T 1732—1993 方法測定漆膜的耐沖擊性; 按GB /T 6742—2007 方法測定漆膜的彎曲性能; 按GB /T 9286—1998 方法測定漆膜的附著力( 劃格試驗) ; 按GB /T 1733—1993 方法測定漆膜的耐水性; 參照GB /T 9274—1988 方法測定漆膜耐酸性、耐堿性; 按GB /T 1865—2009 方法測定漆膜耐老化性。

2 結果與討論
2. 1 二羥甲基叔碳酸酯和IPDI 的用量對水性素色漆性能的影響
叔碳酸縮水甘油酯所含羥基和二羥甲基丁酸所含羧基在高溫條件下發生縮合反應,形成帶大位阻側基和仲羥基的預聚物單體( 二羥甲基叔碳酸酯) ,二羥甲基叔碳酸酯含2 個羥基可與—NCO基團反應。為保證反應完全,沒有殘留—NCO基團,配方中所有羥基物質的量和—NCO基團物質的量比必須大于1。因此,二羥甲基叔碳酸酯與IPDI 的量必須同時變化。保持配方中其余原料用量不變,考察二羥甲基叔碳酸酯和IPDI 的用量對水性素色漆性能的影響見表3。
陰離子型聚氨酯水分散體的合成及其在單組分水性素色漆中的應用,通過自制的中間體,在分子鏈上引入大位阻的側基、聚碳酸酯和聚酯鏈段、磺酸鹽鏈段、局部交聯鏈段,制備了一種可用于單組分素色漆的陰離子型聚氨酯水分散體( PUD)  中國牛涂網-涂料,化工,機械,建材,行業資訊門戶網站
注: ( 1) —漆膜鉛筆硬度是單素色漆層的硬度,下同; ( 2) 耐水性是3 塊試板封邊和封背后,在40 ℃的三級水中浸泡10d,不起泡、不失光、不變色視為合格,下同; ( 3) 耐酸性是在50g /L H2SO4
中浸泡24 h,不起泡、不失光、不變色視為合格,下同; ( 4) 耐堿性是在50 g /L NaOH 中浸泡24 h,不起泡、不失光、不變色視為合格,下同; ( 5) 耐老化是用380 nm 波長的氙燈照射1 000 h,無粉化、起泡、脫落、開裂現象,變色≤1 級,失光≤2 級視為合格,下同。
由表3 可知,當二羥甲基叔碳酸酯和IPDI 的用量分別為11 g 和34. 4 g 時,制得的PUD 溶液黏度太大無法乳化; 增加二羥甲基叔碳酸酯和IPDI 的用量,PUD 外觀、素色漆外觀、素色漆漆膜鮮艷度,漆膜的硬度、附著力、耐沖擊性、柔韌性、耐水性、耐化性( 包括耐酸性和耐堿性) 和耐候性均趨向合格; 但當二羥甲基叔碳酸酯和IPDI 的用量繼續增加到44 g 和54. 8 g 時,PUD 漆膜的耐沖擊性和柔韌性能不合格。這是因為二羥甲基叔碳酸酯具有大位阻側基,在PU分子鏈上引入二羥甲基叔碳酸酯可以大幅度降低PU的黏度,幫助其乳化。因此,當配方中二羥甲基叔碳酸酯的用量太少時,PU 無法乳化或乳化效果很差,形成的PUD 粒徑粗,無法潤濕和包覆住顏料粒子,形成
的漆膜鮮艷度不合格,鉛筆硬度、附著力、柔韌性、耐沖擊性、耐水性、耐化性和耐候性皆不合格; 當配方中二羥甲基叔碳酸酯用量過多時,相應的配方中的IPDI 用量也要增多, IPDI 為PU 鏈提供剛性鏈段,當IPDI 用量過多時,制備出的PUD 膜硬度達標,而柔韌性不達標。綜上所述,二羥甲基叔碳酸酯和IPDI 的用量以33 g 和48 g 為宜。
2. 2 聚碳酸酯二醇和磺酸鹽聚酯二醇的用量對水性素色漆及漆膜性能的影響
為保證合成配方中羥基總量不變,聚碳酸酯二醇和磺酸鹽聚酯二醇必須同時變化。保持配方中其余物料用量不變,聚碳酸酯二醇和磺酸鹽聚酯二醇的用量對水性素色漆性能的影響見表4。
陰離子型聚氨酯水分散體的合成及其在單組分水性素色漆中的應用,通過自制的中間體,在分子鏈上引入大位阻的側基、聚碳酸酯和聚酯鏈段、磺酸鹽鏈段、局部交聯鏈段,制備了一種可用于單組分素色漆的陰離子型聚氨酯水分散體( PUD)  中國牛涂網-涂料,化工,機械,建材,行業資訊門戶網站
由表4 可知,當聚碳酸酯二醇和磺酸鹽聚酯二醇用量較低時,PUD 呈透明狀,素色漆外觀均勻無顆粒,素色漆膜的鮮艷度合格,漆膜的附著力、耐沖擊性和柔韌性皆合格,但漆膜的硬度、耐水性、耐化性和耐候性不合格; 當聚碳酸酯二醇和磺酸鹽聚酯二醇用量分別增加到35. 6 g 和53. 4 g 時,PUD 呈淡藍色半透明狀,素色漆外觀均勻無顆粒,素色漆膜的各項性能皆合格; 當聚碳酸酯二醇和磺酸鹽聚酯二醇用量繼續增加到47. 6 g 和41. 4 g 時,PUD 呈乳白色,素色漆外觀出現顆粒,素色漆膜的鮮艷度不合格,漆膜的附著力、耐沖擊性、柔韌性、耐水性、耐化學性和耐候性皆不合格。這是因為聚碳酸酯二醇結構中的聚碳酸酯結構是一種既硬且韌的結構,可以為PUD 提供優異的物理機械性能,但聚碳酸酯結構與其他類型樹脂、各類色漿或助劑的相容性較差,磺酸鹽聚酯二醇結構中的磺酸鹽結構可以為PUD 提供親水性,聚酯結構是一種柔性鏈段,可以為PUD 提供良好的柔韌性,而且聚酯結構與其他類型樹脂、各類色漿或助劑的相容性很好。因此,當PUD 分子鏈中磺酸鹽聚酯二醇的用量過大時,PUD 有很好的水溶性,漆膜有良好的柔韌性,但漆膜的硬度和耐水性、耐化性和耐候性不合格,當聚碳酸酯用量過大時,PUD 的水溶性差,穩定性差,對顏料粒子的潤濕性差,對基材的附著力差,從而使得水容易滲透進入漆膜內部,導致漆膜的耐水性、耐化性和耐候性皆不合格,因此,聚碳酸酯二醇和磺酸鹽聚酯二醇的用量分別以35. 6 g 和53. 4 g為宜。
2. 3 交聯單體類型對水性素色漆及漆膜性能的影響
交聯單體類型對水性素色漆性能的影響如表5所示。
陰離子型聚氨酯水分散體的合成及其在單組分水性素色漆中的應用,通過自制的中間體,在分子鏈上引入大位阻的側基、聚碳酸酯和聚酯鏈段、磺酸鹽鏈段、局部交聯鏈段,制備了一種可用于單組分素色漆的陰離子型聚氨酯水分散體( PUD)  中國牛涂網-涂料,化工,機械,建材,行業資訊門戶網站
由表5 可知,當PUD 配方中使用三羥甲基丙烷時,PUD 呈淡藍色半透明狀,素色漆外觀均勻無顆粒,素色漆膜各項性能皆合格; 當PUD 配方中使用丙三醇時,PUD 呈淡藍色半透明狀,有少量凝膠,素色漆外觀均勻無顆粒,素色漆膜鮮艷度合格,漆膜的硬度、附著力、耐水性、耐化學性和耐候性皆合格,但漆膜的彎曲性能和耐沖擊性不合格; 當PUD 配方中使用季戊四醇或雙季戊四醇時,PUD 呈淡藍色半透明狀,素色漆外觀均勻無顆粒,素色漆膜鮮艷度合格,漆膜的附著力、柔韌性和耐沖擊性合格,但漆膜的硬度、耐水性、耐化學性和耐候性不合格。這是因為丙三醇結構中包含2 個伯羥基和1 個仲羥基,伯羥基能快速參與縮聚反應,而剩下的仲羥基則反應較慢,但PUD的黏度上升得比較慢,PUD 黏度的變化不會影響仲羥基參與反應,所以當使用相同用量的丙三醇取代三羥甲基丙烷時,丙三醇提供的羥基的物質的量更多,最后形成的漆膜的交聯密度更大,所以漆膜的硬度、耐水性、耐化學性和耐候性達標,而漆膜的柔韌性和耐沖擊性不達標; 當使用季戊四醇或雙季戊四醇時,它們每個分子所帶的伯羥基數量都大于3,但每個分子真正能參與反應的羥基數量應該是3 個,因為當3 個羥基參與了反應后,第4 個或第5 個羥基受到空間位阻的影響,很難再參與反應,所以當配方中加入與三羥甲基丙烷相同羥基用量的季戊四醇或雙季戊四醇時,季戊四醇或雙季戊四醇真正提供的羥基數量反而比三羥甲基丙烷少,制備出的PUD 的交聯密度降低了,導致漆膜的硬度、耐水性、耐化學性和耐候性不合格。綜上所述,交聯單體以選用三羥甲基丙烷為宜。
2. 4 三羥甲基丙烷的用量對水性素色漆及漆膜性能的影響
保持其余物料用量不變,三羥甲基丙烷的用量對水性素色漆及漆膜性能的影響如表6 所示。
陰離子型聚氨酯水分散體的合成及其在單組分水性素色漆中的應用,通過自制的中間體,在分子鏈上引入大位阻的側基、聚碳酸酯和聚酯鏈段、磺酸鹽鏈段、局部交聯鏈段,制備了一種可用于單組分素色漆的陰離子型聚氨酯水分散體( PUD)  中國牛涂網-涂料,化工,機械,建材,行業資訊門戶網站
由表6 可知,當PUD 配方中不加入三羥甲基丙烷時,PUD 漆膜的硬度、耐水性、耐化學性和耐老化性皆不合格; 當PUD 配方中三羥甲基丙烷的量為0. 9g 時,PUD 呈淡藍色半透明,素色漆外觀均勻無顆粒,漆膜各項性能皆合格; 當PUD 配方中三羥甲基丙烷的量為1. 8 g 時,PUD 溶液出現少量凝膠,素色漆外觀均勻無顆粒,漆膜鮮艷度合格,漆膜的硬度、附著力、耐水性、耐化學性和耐老化性皆合格,但漆膜的耐沖擊性、柔韌性不合格; 當PUD 配方中三羥甲基丙烷用量為3. 6 g 時,PUD 出現嚴重凝膠,無法使用。這是因為三羥甲基丙烷帶有三官能度,在PUD 分子中可形成一定的交聯網絡,從而提高了PUD 膜的物理機械性能、耐水性、耐化學性和耐候性,但其用量過多時,PUD 分子中形成的交聯網絡密度過大,最終導致凝膠。因此,三羥甲基丙烷的用量以0. 9 g 為宜。

3 結語
( 1) 叔碳酸縮水甘油酯和二羥甲基丁酸合成得到中間產物二羥甲基叔碳酸酯,此中間產物包含的大位阻側基可提供空間位阻,削弱分子間作用力,從而有效降低聚氨酯的黏度,有利于聚氨酯的乳化,從而簡化了合成工藝。
( 2) 合成配方中引入交聯基團,聚氨酯分子內部形成局部網狀結構,提高了PUD 和漆膜的耐水性、耐化性和耐候性。
( 3) 合成配方中引入聚碳酸酯和聚酯鏈段可提高PUD 和漆膜的物理機械性能。
( 4) 合成配方中引入磺酸鹽鏈段,提高了PUD的親水性,提升了漆膜的展色力。


陰離子型聚氨酯水分散體的合成及其在單組分水性素色漆中的應用
張育波,周其運,劉冬立,秦中海,雷曉進,嚴明輝,趙立英( 雅圖高新材料有限公司,廣東鶴山529700)

標簽:行業資訊原料動態建材百科產品資訊建材應用市場評論技術中心成品材料建筑基材水電五金涂料油漆建筑材料
免責聲明: 本文僅代表作者本人觀點,與中國建材網無關。本網對文中陳述、觀點判斷保持中立,不對所包含內容的準確性、可靠性或完整性提供任何明示或暗示的保證。請讀者僅作參考,并請自行承擔全部責任。本網轉載自其它媒體的信息,轉載目的在于傳遞更多信息,并不代表本網贊同其觀點和對其真實性負責。如因作品內容、版權和其它問題需要同本網聯系的,請在一周內進行,以便我們及時處理。客服郵箱:[email protected] | 客服QQ:23341571
相關文章HOT
今日頭條Show更多
    熱點排行Hot
      微信關注WeChat
      掃描二維碼,獲取手機版最新資訊 中國牛涂網 您還可以直接微信掃描打開
      全站地圖

      深圳網絡警察報警平臺 深圳網絡警
      察報警平臺

      公共信息安全網絡監察 公共信息安
      全網絡監察

      經營性網站備案信息 經營性網站
      備案信息

      中國互聯網舉報中心 中國互聯網
      舉報中心

      中國文明網傳播文明 中國文明網
      傳播文明

      深圳市市場監督管理局企業主體身份公示 工商網監
      電子標識

      体彩31选7走势图