今天小編為大家分享的是關(guān)于一種新型固化劑在水性聚氨酯分散體中的耐水性能研究的文章，一起來看看吧。

一種新型固化劑在水性聚氨酯分散體中的耐水性能研究

盧志毅

（佛山市普加化工有限公司，廣東佛山 528138）

摘要： 羧酸型水性聚氨酯分散體使用氮丙啶作為固化劑，提高漆膜的交聯(lián)度，從而提高漆膜的耐水性能。本研究采用多種類型的硅烷偶聯(lián)劑作為固化劑，測試水性聚氨酯分散體漆膜耐水性，并與氮丙啶作對比。結(jié)果表明，本公司的環(huán)氧硅烷聚合物SOE-411能有效地提高聚氨酯分散體漆膜的耐水性，用水浸泡后漆膜也不會掉，耐水性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出氮丙啶固化劑。

關(guān)鍵詞： 聚氨酯分散體；氮丙啶；環(huán)氧硅烷聚合物

0 引言

自20世紀(jì)60年代成功開發(fā)水性聚氨酯分散體（PUD）以來，水性聚氨酯作為聚氨酯涂料的一個重要組成部分得到了飛速發(fā)展，隨著各國技術(shù)人員對PUD的深入研究，逐漸開發(fā)出一些具有工業(yè)價值的水性聚氨酯涂料，這些涂料大多數(shù)用于皮革涂飾劑和織物處理。隨著研究技術(shù)的發(fā)展，單組份水性聚氨酯分散體，水性光固化聚氨酯分散體，水性多異氰酸酯固化劑相繼問世，極大的拓展了水性聚氨酯分散體的應(yīng)用領(lǐng)域。

水性聚氨酯分散體的性能受分子結(jié)構(gòu)影響很大，為了提高水性聚氨酯分散體漆膜的性能，可以通過改性接入各種基團(tuán)提高聚氨酯分散體漆膜的性能，也可以采用外加交聯(lián)劑的方法，提高涂膜的交聯(lián)度，用以改善涂膜的耐水性、耐化學(xué)品性、耐候性、耐磨性等一系列物化性能。目前，市場上已大規(guī)模應(yīng)用的水性聚氨酯分散體90%以上是羧酸型水性聚氨酯分散體，采用的二羥甲基丙酸是影響水分散穩(wěn)定性以及耐水性能的主要因素，分散體的平均粒徑隨羧基含量增加而減少，穩(wěn)定性增加，但涂膜耐水性降低。因此這些羧酸型聚氨酯分散體需要使用外加交聯(lián)劑制備成雙組份涂料，用于提高漆膜的耐水性。目前市面上一般使用氮丙啶或碳化二亞胺作為水性聚氨酯分散體的交聯(lián)劑，這種類型的固化劑可以在室溫下與游離的羧酸反應(yīng)交聯(lián)，提高水性聚氨酯分散體漆膜的耐水性能。但氮丙啶或碳化二亞胺在體系中并不能穩(wěn)定的存在，由此制備的涂料必須在配漆后馬上使用，并且制備得到的聚氨酯分散體漆膜并不能完全耐水，用水浸泡后漆膜容易擦掉。

本文的研究就是在氮丙啶不能有效提高水性聚氨酯分散體漆膜耐水性的情況下進(jìn)行。本研究目的是使用本公司的新型特殊改性硅烷聚合物偶聯(lián)劑產(chǎn)品作為雙組份水性聚氨酯涂料的固化劑，找出一支適合在雙組份水性聚氨酯涂料中有效提高聚氨酯涂料漆膜耐水性的固化劑，并且希望此固化劑能夠進(jìn)一步使用在單組份水性聚氨酯分散體涂料中，從而能夠為聚氨酯分散體的工業(yè)應(yīng)用和推廣帶來更大的便利。

1 試驗

1.1 試驗原材料與設(shè)備

PUD4400-1，氮丙啶， A-187，A-1100， KH-560，羊毛刷，照片紙。

1.2 新型改性硅烷聚合物偶聯(lián)劑

因涉及配方保密問題，本公司生產(chǎn)的改性硅烷聚合物偶聯(lián)劑制備方法在這里沒有明確寫出，只作簡單介紹。

SOE-411：100%含量環(huán)氧硅烷聚合物偶聯(lián)劑

SOE-40：40%環(huán)氧硅烷聚合物偶聯(lián)劑水溶液

SOA-22：22%氨基硅烷聚合物偶聯(lián)劑水溶液

1.3 聚氨酯分散體涂料制備

涂料制備：按表1配方制備涂料，將兩組分按配方量混合均勻，得到水性聚氨酯分散體涂料。

表1. 涂料配方

制備好的涂料按下表2存放后再進(jìn)行固化與耐水測試。

表2. 儲存試驗

1.4 漆膜固化與耐水測試

固化工藝：將涂料涂刷于照片紙上，80℃下，固化20秒。室溫放置冷卻待測。

耐水性測試：將涂料固化后的照片紙平放于桌面上，在漆膜上方倒上水浸泡漆膜。1h后，用手指用力搓泡在水中的漆膜，漆膜被搓掉表明漆膜不耐水，漆膜完好無缺，搓不掉說明耐水性好。

2 結(jié)果與分析

2.1漆膜耐水性試驗

分別測試用各種固化劑配漆后涂料放置時間以及漆膜固化后放置時間對涂膜耐水性的影響。試驗結(jié)果見表3,4,5。

由表3結(jié)果可以知道，固化后的涂膜馬上進(jìn)行耐水性測試，無論固化劑是氮丙啶還是硅烷偶聯(lián)劑，聚氨酯分散體漆膜都是不耐水的。而表4的結(jié)果顯示，使用氮丙啶制備的涂料放置1天后已經(jīng)交聯(lián)固化不能使用；使用本公司的環(huán)氧硅烷聚合物SOE-411，固化后的漆膜放置一天后，漆膜的耐水性有了很大的提高，而且耐水性隨放置時間的增加而增加。并且由SOE-411制備的涂料放置1~2天再進(jìn)行涂膜測試更有利于提高漆膜的耐水性。其他硅烷固化劑則沒有SOE-411這種效果。這是因為氮丙啶能與聚氨酯分散體中游離的羧酸發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，進(jìn)一步提高了漆膜的分子量，但這種交聯(lián)反應(yīng)只是在固化劑和聚氨酯分散體之間進(jìn)行，與底材之間并沒有發(fā)生反應(yīng)，因此漆膜對底材的附著力并沒有增加，因此在泡水的情況下漆膜可以用手搓掉。而本公司的SOE-411含有特殊結(jié)構(gòu)的環(huán)氧基硅烷偶聯(lián)劑，在制備好涂料后馬上進(jìn)行固化20s，環(huán)氧基團(tuán)和烷氧基團(tuán)還沒有足夠的時間發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，因此耐水性不好。而涂在料存放或者漆膜固化后放置足夠時間后，環(huán)氧基團(tuán)與聚氨酯分散體游離羧酸發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，提高了樹脂的交聯(lián)度和分子量，同時烷氧基團(tuán)可以與底材反應(yīng)鍵合，促進(jìn)了涂膜的基材附著力。因此，用SOE-411做固化劑的聚氨酯涂膜具有很好的耐水性，就算泡水后也搓不掉。而其他普通的硅烷偶聯(lián)劑單體和改性硅烷偶聯(lián)劑水溶液并不能和聚氨酯分散體發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，因此涂膜的耐水性都不好。

表3. 涂料制備后放置0天泡水效果

●：漆膜不掉，完全耐水；          ○：輕微掉漆，不完全耐水

×：掉漆，完全不耐水；            - ：發(fā)生交聯(lián)固化

表4. 涂料制備后放置1和2天泡水效果

2.2 涂料儲存穩(wěn)定性及性能變化

由上面測試的耐水性結(jié)果可知，本公司的環(huán)氧硅烷聚合物SOE-411可以作為雙組份聚氨酯分散體的固化劑。本實驗繼續(xù)對SOE-411進(jìn)行測試，研究能否通過它制備單組份的聚氨酯分散體涂料。實驗測定不同SOE-411添加量的涂料儲存粘度變化以及耐水性能，實驗結(jié)果如表5,6所示。由表中可以看出，沒有添加SOE-411的聚氨酯分散體溶液儲存一個月后粘度基本沒有發(fā)生變化，而添加量為0.9%的涂料在存放14天后粘度已經(jīng)明顯發(fā)生變化而不適用。添加量為0.5%和0.7%的涂料粘度在一個月內(nèi)變化不是很大，而涂料的耐水性能也沒發(fā)生變化，完全能耐水。因此SOE-411添加量在0.5%用量時可以制備成單組份的水性聚氨酯涂料，使得水性聚氨酯涂料具有極優(yōu)異的耐水性能，同時對水性聚氨酯涂料的應(yīng)用與推廣提供了極大的便利。

表6. 涂料儲存1月后耐水性

表5. 涂料儲存黏度變化（25℃）

3  結(jié)語

1）氮丙啶作為傳統(tǒng)的聚氨酯分散體固化劑能夠與聚氨酯分散體樹脂發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，提高漆膜的交聯(lián)度，但其對底材的附著力并沒有提高。因此對漆膜的耐水性能并沒有提供十分有效地幫助。

2）市售的環(huán)氧硅烷、氨基硅烷偶聯(lián)劑單體以及本公司的改性水性硅烷偶聯(lián)劑SOE-40、SOA-22由于不能和水性聚氨酯分散體樹脂發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，不能提高漆膜的交聯(lián)度，因此并不能提高水性聚氨酯分散體漆膜的耐水性。

3）本公司自行研發(fā)生產(chǎn)的環(huán)氧硅烷聚合物SOE-411既可以與水性聚氨酯分散體樹脂發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，提高漆膜的交聯(lián)度；同時還能與基材發(fā)生偶聯(lián)作用，能夠使得聚氨酯漆膜能夠完全耐水的浸泡。因此可以作為水性聚氨酯分散體的有效固化劑，能夠提供漆膜完全的耐水性。而且添加量在0.5%時，可以制備出耐水性能優(yōu)異的單組份水性聚氨酯涂料，為水性聚氨酯涂料的應(yīng)用和推廣提供了極大的便利。