端羥基水性聚氨酯分散體的合成研究

丁習虎

【摘 要】采用羥基封端劑A，合成端羥基水性聚氨酯分散體，該分散體應用于雙組分水性聚氨酯木器漆，研究了反應溫度、聚酯多元醇、擴鏈劑等對產品性能的影響。配制成雙組分水性聚氨酯木器清漆，測試了產品的硬度，附著力等技術指標。

【關鍵詞】聚氨酯分散體；水性木器漆；雙組分

【Abstract】Hydroxyl end-capping agent A is employed into the polymerization of aqueous hydroxyl-end polyurethane dispersion， which is applied in two-component aqueous polyurethane vanish. This article studies the effects on the performance of this dispersion by reaction temperature， polyester polyol， chain-extender， end-capping agent. Two-component aqueous polyurethane vanish formulated by this dispersion gives good workability. Hardness and adhesion are also determined.

【Key words】Polyurethane dispersion； Aqueous wood vanish； Two-component

0 引言

隨著生活水平的提高，人們對家居環境要求越來越高，油漆施工后，因有大量的有機溶劑和游離TDI的揮發，對人體的傷害很大。水性木器漆中不含游離的TDI，有機溶劑含量很低，施工后現場基本沒有異味，對人體無傷害，因此，水性木器漆得到國家的大力推廣。當前，水性木器漆粘接料主要以單組份水溶性樹脂為主，主要有丙烯酸乳液、水性聚氨酯分散體、丙烯酸——聚氨酯共聚乳液，水性環氧樹脂、水性聚酯樹脂等等。采用水性聚氨酯分散體制成的水性木器漆，具有成膜性好，附著力好，光澤高，柔韌性好，耐水性好等優點，在水性木器漆中得到廣泛的應用。但是，單組分水性木器漆的一個重要的技術指標——硬度達不到雙組份聚氨酯油漆的標準，雙組份聚氨酯油漆的鉛筆硬度一般達3H以上，而單組分水性木器漆的硬度一般只能達到1B到1H之間，嚴重影響了水性木器漆在餐桌、工作臺面等家具上的使用。

本文通過合成端羥基水性聚氨酯分散體，該分散體與六亞甲基二異氰酸酯（HDI）三聚體的反應活性高，將他們配制成雙組分水性聚氨酯木器漆，該雙組分水性木器漆施工簡單，通過自然干燥，涂膜硬度可以達到3H，并且，耐磨性好，附著力高。

1 實驗部分

1.1 主要原料

聚己內酯二醇（Mn=1000，工業級）、新戊二醇（工業級）、甲苯二異氰酸酯（TDI，工業級）、2，2-二羥甲基丙酸（DMPA，工業級）、二月桂酸丁基錫（DBTL）、三乙胺（TEA）、丙酮、羥基封端劑A、六亞甲基二異氰酸酯三聚體（N75，拜耳）。

1.2 實驗過程

1.2.1 端羥基水性聚氨酯分散體的合成[1]

將部分丙酮、TDI、聚己內酯二醇、DMPA加入裝有攪拌器、冷凝器的500ml四口瓶中，用加熱套升溫至90℃，保溫反應1小時，然后加入丙酮、新戊二醇、DBTL，保持溫度在56℃反應2.5小時，冷卻到30℃。將冷卻后的物料轉入高速乳化釜中，在高速乳化的同時加入TEA、溫度在5℃以下的冷水，乳化10分鐘，加入羥基封端劑A，乳化半小時。將乳化液轉入裝有攪拌器、冷凝器的2000ml四口瓶中，用加熱套加熱升溫，當體系溫度升至80℃打開真空泵進行真空脫丙酮，脫丙酮進行20分鐘，得到固含量為35%左右的端羥基水性聚氨酯分散體。

1.2.2 雙組分水性聚氨酯木器漆的制備[2]

甲組分的制備：將N75與二乙二醇二乙醚按照質量1：1進行混合，攪拌均勻后密封于塑料瓶中備用。

乙組分的制備：將端羥基水性聚氨酯分散體放入高速分散釜中，在高速分散狀態下加入消泡劑、流平劑、成膜助劑、防腐劑等，分散半小時，過濾后，裝入密閉的塑料瓶中備用。

將甲、乙組分按照1：10的比例進行混合，用玻璃棒攪拌均勻后即可施工，該雙組分水性木器漆的使用有效期約2小時。

1.2.3 性能測試

將制得的雙組分聚氨酯水性木器清漆均勻地涂在馬口鐵板上，一般要涂2到3遍，每遍間隔2小時，保證干膜總厚度約30um到40um之間。在溫度25℃左右的室內自然干燥96小時。

按照GB/T13452—2008測試涂膜厚度，按照GB1730—93測試硬度，按照GB1743—93測試光澤，按照GB1731—93測試柔韌性，按照GB/T9286—98，測試附著力。

2 結果與討論

2.1 反應溫度對分散體性能的影響

制備水性聚氨酯分散體的反應分成兩步，第一步是將丙酮、TDI、聚己內酯二醇、DMPA投入反應釜進行反應，該反應的溫度對制得分散體的外觀與性能影響很大，反應溫度過低，反應不完全，乳化所得的分散體粒徑粗，乳液發白，放置幾天后底部有沉淀；反應溫度過高，乳化所得的分散體粘度太大，固含量難以提高。實驗表明，反應溫度控制在85℃到95℃之間比較合適。反應溫度對分散體性能影響結果如表1所示。

2.2 聚酯多元醇對性能的影響[3]

不同聚酯多元醇對涂膜的各項性能影響很大，聚碳酸酯二醇的硬度較高，耐磨性好、柔韌性差；聚己內酯二醇耐磨性好，柔韌性好；PTMG的柔韌性好，硬度差；聚醚多元醇的耐磨性差，耐水性差。本文選擇聚己內酯二元醇，表2為各種聚酯多元醇對性能的影響。

2.3 擴鏈劑用量對性能的影響

合成水性聚氨酯分散體選用的擴鏈劑一般有新戊二醇、1，4-丁二醇、二甘醇、乙二醇等，擴鏈劑品種及用量對產品的性能影響很大，本文選擇新戊二醇作為擴鏈劑，其用量對產品的外觀、成膜性、硬度、柔韌性、附著力都有影響，表3為新戊二醇用量對性能的影響。

從表3可以看出，隨著擴鏈劑新戊二醇加入量增大，涂膜的硬度增加，但當新戊二醇加入量達到19%以上時，由于成膜性很差，所成的涂膜致密性不好，所以硬度反而下降，本文選擇新戊二醇的加入量為13%。

3 結論

采用聚己內酯二醇、TDI、新戊二醇、DMPA、羥基封端劑A等原料合成端羥基聚氨酯分散體，該分散體用于雙組分水性聚氨酯木器漆。在制得的分散體中加入消不泡劑、流平劑、防腐劑等，作為乙組分；在N75固化劑中加入二乙二醇二乙醚，攪拌均勻后，作為甲組分。甲、乙組分按照1：10的比例混合，用玻璃棒攪拌均勻后即可施工，該雙組分水性聚氨酯木器漆施工方便，自然干燥后，硬高度，耐磨性好，附著力強，具有廣泛的應用前景。

【參考文獻】

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[責任編輯：王楠]