扩链剂对单组分阴离子水性聚氨酯涂料影响

发布时间：2011-07-02 09:37:38 来源：文档文库

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扩链剂对单组分阴离子水性聚氨酯涂料影响

南博华 1 , 郑水蓉 1 , 孙曼灵 1 , 王红丽 2 , 郑高峰 1

(1. 西北工业大学理学院应用化学系 , 西安 710072; 2. 秦岭中学 , 陕西兴平 713107)

　　摘　要 : 以一缩二乙二醇 (DEG) 和 DEG 与 4, 4 ' - 二羟基二苯基丙烷 (BPA) 的混合物分别为扩链剂 , 研究了扩链剂对单组分阴离子型水性聚氨酯 (WBPU) 乳液粒径、乳胶膜力学性能和吸水率的影响。结果表明 : 以 DEG 和 BPA 的混合物为扩链剂时制得的乳液平均粒径较大 , 分布宽 ; 乳胶膜的拉伸强度高 , 延伸率小 ; 乳胶膜的吸水率降低 , 且在浸泡 48 h 后已基本趋于饱和。制得 WBPU 乳胶膜试样的拉伸强度和延伸率分别为 9 .09MPa 、 453%; 酸、碱处理后的拉伸强度和延伸率分别为 7 . 41MPa 、 8 1 36MPa 和 479% 、 429% 。

关键词 : 单组分 ; 阴离子 ; 水性聚氨酯 ; 扩链剂

0 　引　言

水性聚氨酯防水涂料是一种环保型防水涂料 , 因其具有耐低温、耐磨 ; 通过改变原材料的种类及配比可以较大幅度地调整其性能 ; 扩链剂中含有刚性链段可以较大提高 WBPU 乳胶膜的力学性能及其耐水性的特点 , 使其应用受到广泛的关注。

虽然水性聚氨酯防水涂料具有以上众多优点 , 但是水性聚氨酯耐水性低一直是一个限制其广泛使用的瓶颈。所以对其耐水性的研究受到了众多研究者的广泛关注。文献 [ 1 ] 中介绍通过向聚氨酯分子链上引入多异氰酸酯 ( 主要是三异氰酸酯 ) 得到的预交联聚氨酯水分散体系 , 可以大大改善涂膜的耐水性。有研究 [ 2 - 4 ] 表明 : 以 BPA 为扩链剂 , 不仅可以提高树脂的力学性能 , 而且可以提高玻璃化温度 , 拓宽内耗峰的宽度。基于以上两条思路以及研究人员前期的工作基础 , 本文分别以 DEG 和 DEG 与 BPA 的混合物为扩链剂 , 研究了扩链剂对单组分阴离子型 WBPU 乳液和乳胶膜性能的影响 , 以期获得合适的扩链剂 , 使所制得的单组分阴离子型 WBPU 防水涂料具有较好的耐水性和力学性能。

1 　实验部分

1. 1 　原料

聚醚二元醇 (N - 220) : 工业品 , 羟值 53 .0 ～ 56.0 KOHmg/g, 金陵石化二厂 ;DEG: 化学纯 , 北京化工二厂 ; BPA: 化学纯 , 上海试剂一厂 ; 二羟甲基丙酸 (DMPA) : 工业品 , 湖州长盛化工有限公司 ; 甲苯二异氰酸酯 (TD I) : 工业品 , 日本聚氨酯工业公司 ; 粗 MD I( PAP I) : 工业品 , 日本东亚化学株式会社 ; 辛酸亚锡 : 工业品 , 浙江诸暨市精细化工厂 ; 三乙胺 ( TEA) : 化学纯 , 西安化学试剂厂 ; 丙酮 : 分析纯 , 天津市凯通化学试剂有限公司 ; 去离子水 : 实验室自制。分别采用 DEG 和 DEG + BPA 作为扩链剂 , — COOH 含量均为 1. 00% ( 质量分数 , 其试样编号分别记作 21 # 和 211 # ) 。

1. 2 　预聚体的合成

在 1 000 mL 三口烧瓶中加入 500 g 聚醚二元醇 N - 220, 减压至 - 0 1 09MPa, 加热到 (120 ± 5) ℃对其进行抽真空脱水处理 3 h, 然后降温至室温。按比例滴加 TD I 和 PAP I 的混合物 , 滴加过程中保持反应温度在 40 ℃ 以下 , 滴加约 40 min 。滴加完毕后 , 采用油浴升温 , 使反应温度保持在 (75 ± 5) ℃ , 回流反应 3 h 。反应完成后降温至室温 , 出料 , 即得预聚体。

1. 3 　扩链反应

将一定质量的预聚体加入三口烧瓶中 , 然后加入预聚体质量 50% 左右的丙酮 , 搅拌使其完全溶解。之后 , 在搅拌的情况下加入一定量的扩链剂 , 加完之后 , 加入辛酸亚锡 , 搅拌 10 min 后 , 加热升温到 57 ℃ 左右 , 回流反应 5 h 。待反应完成后降温到 30 ℃ 左右 , 加入一定量的 TEA, 中和 5 min, 最后在转速为 3 500 r/min 高速剪切下分散 , 按需要的固含量计算加入去离子水 , 高速分散 10 min, 乳化形成乳液。