端羟基水性聚氨酯分散体的合成研究

丁习虎

【摘 要】采用羟基封端剂A，合成端羟基水性聚氨酯分散体，该分散体应用于双组分水性聚氨酯木器漆，研究了反应温度、聚酯多元醇、扩链剂等对产品性能的影响。配制成双组分水性聚氨酯木器清漆，测试了产品的硬度，附着力等技术指标。

【关键词】聚氨酯分散体；水性木器漆；双组分

【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

随着生活水平的提高，人们对家居环境要求越来越高，油漆施工后，因有大量的有机溶剂和游离TDI的挥发，对人体的伤害很大。水性木器漆中不含游离的TDI，有机溶剂含量很低，施工后现场基本没有异味，对人体无伤害，因此，水性木器漆得到国家的大力推广。当前，水性木器漆粘接料主要以单组份水溶性树脂为主，主要有丙烯酸乳液、水性聚氨酯分散体、丙烯酸——聚氨酯共聚乳液，水性环氧树脂、水性聚酯树脂等等。采用水性聚氨酯分散体制成的水性木器漆，具有成膜性好，附着力好，光泽高，柔韧性好，耐水性好等优点，在水性木器漆中得到广泛的应用。但是，单组分水性木器漆的一个重要的技术指标——硬度达不到双组份聚氨酯油漆的标准，双组份聚氨酯油漆的铅笔硬度一般达3H以上，而单组分水性木器漆的硬度一般只能达到1B到1H之间，严重影响了水性木器漆在餐桌、工作台面等家具上的使用。

本文通过合成端羟基水性聚氨酯分散体，该分散体与六亚甲基二异氰酸酯（HDI）三聚体的反应活性高，将他们配制成双组分水性聚氨酯木器漆，该双组分水性木器漆施工简单，通过自然干燥，涂膜硬度可以达到3H，并且，耐磨性好，附着力高。

1 实验部分

1.1 主要原料

聚己内酯二醇（Mn=1000，工业级）、新戊二醇（工业级）、甲苯二异氰酸酯（TDI，工业级）、2，2-二羟甲基丙酸（DMPA，工业级）、二月桂酸丁基锡（DBTL）、三乙胺（TEA）、丙酮、羟基封端剂A、六亚甲基二异氰酸酯三聚体（N75，拜耳）。

1.2 实验过程

1.2.1 端羟基水性聚氨酯分散体的合成[1]

将部分丙酮、TDI、聚己内酯二醇、DMPA加入装有搅拌器、冷凝器的500ml四口瓶中，用加热套升温至90℃，保温反应1小时，然后加入丙酮、新戊二醇、DBTL，保持温度在56℃反应2.5小时，冷却到30℃。将冷却后的物料转入高速乳化釜中，在高速乳化的同时加入TEA、温度在5℃以下的冷水，乳化10分钟，加入羟基封端剂A，乳化半小时。将乳化液转入装有搅拌器、冷凝器的2000ml四口瓶中，用加热套加热升温，当体系温度升至80℃打开真空泵进行真空脱丙酮，脱丙酮进行20分钟，得到固含量为35%左右的端羟基水性聚氨酯分散体。

1.2.2 双组分水性聚氨酯木器漆的制备[2]

甲组分的制备：将N75与二乙二醇二乙醚按照质量1：1进行混合，搅拌均匀后密封于塑料瓶中备用。

乙组分的制备：将端羟基水性聚氨酯分散体放入高速分散釜中，在高速分散状态下加入消泡剂、流平剂、成膜助剂、防腐剂等，分散半小时，过滤后，装入密闭的塑料瓶中备用。

将甲、乙组分按照1：10的比例进行混合，用玻璃棒搅拌均匀后即可施工，该双组分水性木器漆的使用有效期约2小时。

1.2.3 性能测试

将制得的双组分聚氨酯水性木器清漆均匀地涂在马口铁板上，一般要涂2到3遍，每遍间隔2小时，保证干膜总厚度约30um到40um之间。在温度25℃左右的室内自然干燥96小时。

按照GB/T13452—2008测试涂膜厚度，按照GB1730—93测试硬度，按照GB1743—93测试光泽，按照GB1731—93测试柔韧性，按照GB/T9286—98，测试附着力。

2 结果与讨论

2.1 反应温度对分散体性能的影响

制备水性聚氨酯分散体的反应分成两步，第一步是将丙酮、TDI、聚己内酯二醇、DMPA投入反应釜进行反应，该反应的温度对制得分散体的外观与性能影响很大，反应温度过低，反应不完全，乳化所得的分散体粒径粗，乳液发白，放置几天后底部有沉淀；反应温度过高，乳化所得的分散体粘度太大，固含量难以提高。实验表明，反应温度控制在85℃到95℃之间比较合适。反应温度对分散体性能影响结果如表1所示。

2.2 聚酯多元醇对性能的影响[3]

不同聚酯多元醇对涂膜的各项性能影响很大，聚碳酸酯二醇的硬度较高，耐磨性好、柔韧性差；聚己内酯二醇耐磨性好，柔韧性好；PTMG的柔韧性好，硬度差；聚醚多元醇的耐磨性差，耐水性差。本文选择聚己内酯二元醇，表2为各种聚酯多元醇对性能的影响。

2.3 扩链剂用量对性能的影响

合成水性聚氨酯分散体选用的扩链剂一般有新戊二醇、1，4-丁二醇、二甘醇、乙二醇等，扩链剂品种及用量对产品的性能影响很大，本文选择新戊二醇作为扩链剂，其用量对产品的外观、成膜性、硬度、柔韧性、附着力都有影响，表3为新戊二醇用量对性能的影响。

从表3可以看出，随着扩链剂新戊二醇加入量增大，涂膜的硬度增加，但当新戊二醇加入量达到19%以上时，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，本文选择新戊二醇的加入量为13%。

3 结论

采用聚己内酯二醇、TDI、新戊二醇、DMPA、羟基封端剂A等原料合成端羟基聚氨酯分散体，该分散体用于双组分水性聚氨酯木器漆。在制得的分散体中加入消不泡剂、流平剂、防腐剂等，作为乙组分；在N75固化剂中加入二乙二醇二乙醚，搅拌均匀后，作为甲组分。甲、乙组分按照1：10的比例混合，用玻璃棒搅拌均匀后即可施工，该双组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，附着力强，具有广泛的应用前景。

【参考文献】

[1]谢伟，许戈文，等.环氧树脂改性水性聚氨酯胶粘剂的合成性能[J].中国胶粘剂，2007，16：5-7.

[2]陈中华，刘冬丽，等.高硬度单组分水性木器漆的研制[J].应用化工，2009，1：54-57.

[3]鲍俊杰，钟达飞，等.水性聚氨酯结构与性能关系研究[J].化学推进剂与高分子材料，2006，04：34-37.

[责任编辑：王楠]