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水性聚氨酯涂料固化剂

来源:邵君( 先生,国内国际部经理 ) 发布时间:2017-4-27 11:46:16
近年来,对水性聚氨酯涂料的研究与开发也异常活跃,因为水性聚氨酯涂料是环境友好型聚氨酯涂料的重要发展方向。

然而,专用于水性聚氨酯涂料固化剂的较少见,水性聚氨酯涂料固化剂是环境友好型聚氨酯涂料固化剂的一个重要开发领域。

随着人们环保意识的不断增强和环保法规的日趋严格,推广国产环保型涂料,不仅具有良好的社会效益,也必将产生巨大的经济效益。中国的涂料工业正处在快速发展时期,开发和应用潜力很大。有关法规促使化工行业在开发产品时必须注重环保问题,因此科研人员必须加快开发和推广无溶剂或高固含量的水性聚氨酯涂料固化剂。

水性聚氨酯涂料的合成。水性聚氨酯的制备方法通常可分为外乳化法和内乳化法两种。外乳化法是指采用外加乳化剂,在强剪切力作用下强制性地将聚氨酯粒子分散于水中的方法,但因该法存在乳化剂用量大、反应时间长以及乳液颗粒粗、最终得到的产品质量差、胶层物理机械性能不好等缺点,因而目前生产基本不用该法。

内乳化法又称自乳化法,是指在聚氨酯分子结构中引人亲水基团无需乳化剂即可使自身分散成乳液的方法,因此成为目前水性聚氨酯生产和研究采用的主要方法.内乳化法又可分为丙酮法、预聚体混合法、熔融分散法、酮亚胺/酮联氮法、保护端基乳化法。

丙酮法。首先合成含-NCO端基的高粘度聚氨酯预聚体,加丙酮溶解,使其粘度降低,然后用含离子基团扩链剂进行扩链,在高速搅拌下通过强剪切力使之分散于水中,乳化后减压蒸馏脱除溶剂丙酮,得到水性聚氨酯分散液。

丙酮法易于操作,重复性好,制得的水性聚氨酯分子量可变范围宽,粒径的大小可控,产品质量好,是目前生产水性聚氨酯的主要方法。但该法需使用低沸点丙酮,易造成环境污染,工艺复杂,成本高,安全性低,不利于工业生产。



二乙基甲苯二胺(DETDA)是随着聚氨酯的发展,于80年代初工业化并大量使用的一种位阻芳香二胺扩链剂,为低粘度、无毒、无味的液体。用于聚氨酯中,可提高制品强度和耐水解性,使制品生产率大大提高,并使大尺寸、结构复杂的聚氨酯制品工业化成为可能。detda与异氰酸醋较快的反应速度还特别适用于无溶剂、快固型涂料。此外,还可作为环氧、醇酸树脂固化剂,橡胶油类抗氧剂、染料、农药中间体,是一种很有前途的化工新产品。


预聚体混合法。首先合成含亲水基团及端-NCO的预聚体,当预聚体的相对分子量不太高且粘度较小时,可不加或加少量溶剂,高速搅拌下分散于水中,再用亲水性单体(二胺或三胺)将其部分扩链,生成相对分子量高的水性聚氨酯一脲。最终得到水性聚氨酯分散液。为合成低粘度预聚体,通常选择脂肪族或脂环族多异氰酸酯,因为这两种多异氰酸酯的反应活性低,预聚体分散于水中后用二胺扩链时受水的影响小。

但预聚体混合分散过程必须在低温下进行,以降低-NCO与水的反应活性;必须严格控制预聚体粘度,否则预聚体在水中分散将非常困难,预聚体混合法避免了有机溶剂的大量使用,工艺简单,便于工业化连续生产。缺点是扩链反应在多相体系中发生,反应不能按定量的方式进行。

熔融分散缩聚法又称熔体分散法,是一种无溶剂制备水性聚氨酯的方法。该法把异氰酸酯的加聚反应和氨基的缩聚反应紧密地结合起来。先合成带有亲水性离子基团和-NCO端基的聚氨酯预聚物,预聚物与尿素进行加聚反应得到含离子基团的端脲基聚氨酯双缩二脲低聚物。

此低聚物在熔融状态下与甲醛水溶液发生缩聚反应和羟甲基化应,形成含羟甲基的聚氨酯双缩二脲,用水稀释后,得到稳定的水性聚氨酯分散液。

例如欧共体规定,含TDI、HDI、IPDI、HMDI等化学品的容器外壁必须张贴标志:二异氰酸酯游离单体质量分数在0.5%以下者,外壁标明“含异氰酸酯”;游离单体含量在0.5%~2.0%者,标明“有害”警告标志及“含异氰酸酯”;游离单体含量在2%以上者,除标明“含异氰酸酯”,还须标明“有毒”并附有骷髅白骨标志。

中国生产的聚氨酯涂料基本是芳香族溶剂型涂料,使用的二异氰酸酯通常是TDI。近年国家在涂料环保方面制定了强制性标准,在国家标准Gb18581-2001“室内装饰装修材料溶剂型木器涂料中有害物质限量”中规定了硝基漆类、聚氨酯漆类和醇酸漆类木器涂料中有害物质(甲醛、苯系物、TDI及其它挥发性有机物)的限值。

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