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高耐候的固化剂

来源:邵君( 先生,国内国际部经理 ) 发布时间:2017-7-8 15:59:16
本文介绍高耐候的固化剂

多元醇用量对涂层性能的影响。弹性聚氨酯的分子链一般有“软段”和“硬段”组成,软硬比例以及原材料种类会直接影响弹性聚氨酯涂料的力学性能、表面性能和理化性能等。

在合成弹性固化剂时,软段的原料主要是含端羟基的线性聚醚或/和聚酯,硬段的原料主要是二异氰酸酯和小分子多元醇,其中多元醇的用量对涂层的干性、力学性能、表面硬度、耐磨性等影响较大。本文考察了以三羟甲基丙烷为多元醇的用量对涂层性能的影响。

随着TMP用量的增加,涂层体系中硬度含量提高,一方面束缚了柔性大分子的自由旋转,另一方面由于分子间氢键作用加强,促进刚性链段的取向和有序排列,因此,提高了涂层的强度、耐磨性和表面硬度,但TMP用量太多,涂层脆性增加,断裂伸长率下降,会影响到耐磨性和附着力。综合考虑,多元醇用量确定为12%左右。

氟树脂对涂层性能的影响。由于氟原子(F)具有最高的电负性(4.0)、较小的原子半径(0.135nm),F—C键是所有化学键中键能最高的(485.6KJ/mol,高于紫外线的能量),氟碳涂层表面能低(23dyne/cm),摩擦系数极小(对钢板滑动摩擦系数为0.15~0.17),因此,含氟碳结构的涂料具有超长的耐候性、耐磨性、优异的耐化学品性和自洁净功能。在成膜过程中,化学稳定的F—C键倾向于富集到涂层表面,起到了立体屏障作用,从而保护涂层免受紫外线、热和其他介质的侵害,低表面能使其具有更好的抗沾污性能和疏水性能。

但是,低表面能的氟树脂通常与有机树脂的相容性较差,为此,我们通过试验,筛选了混容性相对较好、氟含量较高、黏度较低的瑞氟隆RF-101,通过用量试验,制备出了高耐候的固化剂,将其与传统六亚甲基二异氰酸酯(HDI)三聚体进行对比。



二乙基甲苯二胺DETDA是一种位阻型芳香族二胺,乙基和甲基的位阻作用使得其活性比甲苯二胺(TDA)低得多。它与聚氨酯预聚体的反应速度比DMTDA快数倍,比MOCA快约30倍。主要用于RIM聚氨酯体系以及喷涂聚氨酯(脲)弹性体涂料体系,具有反应速度快,脱模时间短、初始强度高、制品耐水解、耐热等优点。另外该品还可用作弹性体,用作反应注塑成型聚氨酯的扩链剂,聚氨酯涂料、环氧树脂、醇酸树脂固化剂。润滑剂及农药、染料中间体,塑料、橡胶、油类抗氧剂,以及化学合成中间体。


采用高耐候的固化剂的涂层在耐候性、力学性能、耐磨性、耐高低温性以及对复合材料的附着力等方面均优于传统HDI三聚体固化的涂层。在氟树脂加量研究过程中发现,氟树脂用量超过25%时,高耐候的固化剂与PE-6树脂的混容性下降,清漆涂层出现发雾现象,对涂层干性、附着力和力学性能影响较大。

n(—NCO)∶n(—OH)对涂层力学性能的影响。双组分聚氨酯涂料的制造技术之一是确定适当的n(—NCO)∶n(—OH),按理论计算,设定n(—NCO)∶n(—OH)=1,即使一个—NCO基团与一个—OH基团一一对应,完全反应,得到的涂层质量最好。但实际情况要根据试验结果才能确定。

如果n(—NCO)∶n(—OH)太小,—NCO基团不足以与—OH基团反应,漆膜的交联密度较低,涂层发软,抗拉强度和断裂伸长率不理想;但是,如果物质的量之比太高,则多余的—NCO基团会吸收空气中的潮气转化为脲,虽然可以增加交联密度,提高涂层强度,但是也会使涂层弹性降低,脆性增加,抗冲击性下降,涂层的表面状态不好,出现针孔。经过试验,确定该涂料体系的n(—NCO)∶n(—OH)以1.2为宜。

涂层的抗水解稳定性是加速检验涂层耐水性的重要方法之一,聚酯型弹性聚氨酯涂层由于体系中酯键的存在,其耐水性稍差,聚酯型与聚醚型弹性聚氨酯涂层相比,耐水性相差5~10倍[2],但是耐候性方面聚酯型的优势明显。研究中与某市售弹性聚酯型聚氨酯固化剂的水解稳定性进行了对比。

市售弹性固化剂水解稳定性较差,48h耐沸水试验后,涂层的抗拉强度和断裂伸长率均下降为原来的30%左右,主要原因是水与树脂中的酯基发生了化学降解反应,降解形成的羧酸又会进一步促进树脂的水解。

高耐候的固化剂虽然也属于聚酯型聚氨酯,但由于采用了低酸度的原料,又加入了化学稳定性极高、疏水性极好的氟树脂进行改性,F—C键对酯键起到了屏蔽保护作用,因此,水解稳定性较好,抗拉强度和断裂伸长率保持率均为90%左右。

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