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聚氨酯-丙烯酸酯-环氧树脂复合乳液制备法
发布时间:2014-8-27     阅读:1107

随着人们环保意识的日益增强,许多国家立法严格限制涂料中的有机挥发物(VOC),环境友好涂料是涂料发展的必然趋势。水性涂料被认为是减少VOC的最佳涂料,目前市场上的水性涂料基料主要有聚丙烯酸酯(PA)乳液和聚氨酯(PU)乳液,其与溶剂型产品相比,具有安全、不燃、无毒、不污染环境等优点,但是单一PA乳液的成膜性、耐磨性、耐化学品性、附着力等性能较差,而PU乳液在稳定性、自增稠性、固含量、耐水性等方面不尽如人意。

    近年来,许多研究者利用PU乳液和PA乳液性能上具有的良好互补作用,共聚制备聚氨酯-丙烯酸酯(PUA)复合乳液。虽然PUA复合乳液的性能有很大提高,但是作为水性木器涂料基料,仍存在吸水率高、硬度偏低等不足。据专家介绍,在先前的PUA复合乳液研究基础上加入环氧树脂,合成了环氧树脂改性的聚氨酯-丙烯酸酯(PUEA)复合乳液,则克服了上述缺点。

    最近,湖南大学化学化工学院在聚氨酯-丙烯酸酯复合乳液中,以不同方式加入环氧树脂,分别制备了物理共混和化学共聚的聚氨酯-丙烯酸酯-环氧树脂复合乳液(PUEA),着重研究了环氧树脂加入方式、用量等对乳液及涂膜性能的影响。发现环氧树脂对于涂膜的硬度、耐水性、耐化学品性等有明显改进。据专家介绍了实验制备过程。首先其实验原料包括:甲苯二异氰酸酯(TDI-80),工业级,日本三菱化成;环氧树脂(CYD-012),工业级,巴陵石化;聚醚二元醇(PPG-10),工业品,山东东大;二羟甲基丙酸(DMPA),工业级,上海和氏璧;1,4-丁二醇(BDO),工业级,山东东大;三乙胺(TEA),工业级,上海凌峰;乙二胺(EDA),工业级,天津博迪;丙酮,分析纯,长沙安泰;甲基丙烯酸甲酯(MMA),工业级,日本三菱化成;蒸馏水,实验室自制。

    化学共聚法合成环氧树脂改性的聚氨酯-丙烯酸酯复合乳液,首先在干燥的装有搅拌装置、回流冷凝器和温度计的四口烧瓶中,搅拌下加人计量的TDI、PPG-10和CYD-012,其中控制TDI的NCO基团与PPG-10的OH基团的物质的量比为6:1左右,CYD-012质量分数为3%~4%,开始水浴加热,在80℃左右预聚反应1.5h,然后降温至70℃,加入质量分数为7%~9%的BDO,醇扩链反应1h,再加入质量分数为9%的DMPA,在75℃恒温下亲水扩链反应3h,得到预聚体,反应过程中视黏度情况加入适量的丙酮。降低预聚体的温度至40℃以下,加入质量分数为30%MMA降黏,再加入质量分数为6%的TEA中和,搅拌15min,得到亲水性预聚体和MMA的混合物。将上述混合物置于高速分散机上,在8000r/min的转速下,缓慢加入去离子水分散,加入质量分数为3%的EDA扩链得到PUE/MMA分散液。PUE/MMA分散液在70℃下,2~3h内均匀滴加引发剂溶液,等滴加完毕后,保温0.5h,直至单体达到基本不变的转化率,降温至40℃以下出料,得到PUEA复合乳液。

    乳液与涂膜的制备方法包括化学共聚法、物理共聚法。据专家介绍,物理共混法合成环氧树脂改性的聚氨酯-丙烯酸酯复合乳液,各种原料的配比、实验方法和流程与化学共聚法基本相同,只是环氧树脂CYD-012不在反应的第1步中加入,而是与MMA和TEA-同加入,制备出物理共混PUEA复合乳液。最后将乳液均匀涂于15cm×7cm×0.2cm的马口铁片上,室温干燥,实干后测试涂膜的有关性能。关于性能测试1.3性能测试,用北京瑞利分析仪器公司WQF-410型傅里叶变换红外光谱仪对复合乳液进行表征分析;用英国马尔文公司Zetasizer3000HS激光粒度仪测试分散体胶粒粒径;用德国耐驰公司的综合热分析仪进行涂膜热重分析。参照GB/T1725-1979中的表面皿法测定乳液固含量,参照GB/T1723-1993测试乳液的黏度,参照GB6753.3-1986测试乳液的贮存稳定性,参照GB/T9268-1988测试乳液的冻融稳定性。

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