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水性聚氨酯固化剂的研究

来源:      2022-6-24 15:05:56      点击:
聚氨酯是一种含有重复氨基甲酸酯的高分子材料,传统溶剂型聚氨酯中所含的有机溶剂易燃、易爆、有毒,对人体和环境都有不良影响。 随着人们环保意识的增强,水性聚氨酯材料逐渐受到重视。 水性聚氨酯以水为松散介质,具有不易燃、环保、无毒、安全等优点。 已广泛应用于涂料、粘合剂、皮革合成物、弹性体、建材、织物清洗、高分子表面活性剂等领域。 水性聚氨酯分为单组分水性聚氨酯和双组分水性聚氨酯。 本发明单组分水性聚氨酯无需加入交联剂即可获得所需应用功能,但由于其线性结构,交联度低,分子中含有亲水基团,在硬度、耐水性和耐溶剂性方面存在一定缺陷,应用规划受到限制。 此外,该双组分水性聚氨酯交联密度高、膜硬度高、耐磨性好、附着力强等优异力学性能和耐水性、耐溶剂等化学性能,在一定程度上弥补了单组分水性聚氨酯的不足,可作为高档材料使用,是水性聚氨酯的发展趋势。 双组分水性聚氨酯基本上由含羟基的多元醇组分和含异氰酸酯基(NCO)的水性固化剂组分组成。 作为水性聚氨酯的重要组分,水性异氰酸酯的组成和结构是根据水性聚氨酯的物理和机械应用、耐候性和耐介质性等化学功能而选择的。 因此,水性聚氨酯固化剂的研究是水性聚氨酯应用的关键。


水性聚氨酯


  一 异氰酸酯类型
  异氰酸酯可分为不同脂肪族异氰酸酯和芳香族有机异氰酸酯。脂肪族异氰酸酯首要有六亚甲基二异氰酸酯(HDI)、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、氢化苯基部分甲烷二异氰酸酯(H12MDI)等;芳香族异氰酸酯首要有甲苯二异氰酸酯(TDI)、二苯基氧化甲烷二异氰酸酯(MDI)、多次亚甲基多苯基多采用异氰酸酯(PAPI)等。
  1.1脂肪族异氰酸酯

HDI和IPDI是通常用作水性聚氨酯固化剂的脂族异氰酸酯。 HDI异氰酸酯具有亚甲基长链、固化剂粘度低、易被多元醇组分疏松、易流动的平膜、优异的柔韧性和耐划伤性。 然而,HDI固化剂不能完成计划生产,主要原因是:1、材料依赖进口;HDI的两个NCO基团具有相同的活性,聚合反应只是形成深层聚合物,生产工艺要求高,去除过量的HDI单体需要设备投资大、工艺困难、成本高。 因此,这种固化剂通常仅用作高级涂料、飞机涂料、汽车涂料、军事工业和固体火箭推进剂和涂料中的高级材料。 IPDI异氰酸酯为脂族环状结构,固化剂组成干燥速度快、硬度高、耐磨性好、耐化学性好,但由于粘度高,不易被多元醇组分疏松,膜的光滑度和光泽度不如HDI固化剂。 由脂肪族异氰酸酯组成的聚氨酯固化剂性能优良,但价格昂贵,限制了其在我国的应用。


聚氨酯树脂


1.2芳香异氰酸酯
芳香族异氰酸酯的主要原料为甲苯,价格相对低廉,制备的芳香族聚氨酯具有优异的力学性能。以MDI为原料,采用熔融聚合法制备了刘身凯等环保型聚氨酯地坪固化剂。该固化剂毒性低,快干,漆膜的耐冲击性、耐磨性优异,推广性好。但是芳香族水性聚氨酯固化剂也存在一些问题:一是苯环的存在只是简单的导致数据变黄,所以只能用于低档涂料和胶粘剂产品;其次,与脂肪族异氰酸酯相比,芳香族异氰酸酯具有更高的活性。当与多元醇组分混合时,NCO基团与水反应更快,导致成膜过程中副反应更多,影响涂料的功能和作用。
  二 聚氨酯作为固化剂的亲水改性
  亲水改性常用办法有外乳化法和内乳化法。外乳化法是直接将乳化剂参与其间,进行物理混合。外乳化法存在粒径巨细不同大、相容性差、乳化剂成膜后简单游离于成膜物表面等问题,使得成膜物表面具有亲水性,涂膜的耐水性下降。因此,外乳化法只能运用于制备对耐水性要求不高的资料。内乳化法是在聚氨酯预聚体中直接引入亲水基团或含有亲水基团的扩链剂进行化学改性,制备出的固化剂与水混合后,分子中亲水基团朝向水相,不光可以保护NCO基团,且亲水基团的互相排挤可以使多异氰酸酯安稳的在水中松散;固化成膜后,成膜物中不存在游离的亲水性小分子,较外乳化法在耐水性、耐溶剂性及物理机械功用等方面均有显着改进。依据引入亲水基图的品种,亲水改性首要可分为非离子改性、离子改性、非离子和离子混合改性。

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