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双组分水性聚氨酯具有溶剂型双组分聚氨酯的高性能和水性体系低VOC值的双重特点,是近十年来的研究热点。本文目的在于制备理想的羟基组分一丙烯酸.聚氨酯(PUA)多元醇水分散体,并探讨工艺参数对其性能的影响,在此基础上将其与多异氰酸酯固化剂复配,得到性能优异的可室温固化的双组分水性聚氨酯体系(2K-PU),并寻找适宜的固化条件。
采用了预聚体法和原位乳液聚合法相结合的工艺合成了PUA多元醇分散体,通过研究各因素对PUA多元醇水分散体性能的影响,最优合成工艺参数为:聚醚二元醇采用分子量适中的MW-403; NCO/OH初摩尔比为2.2~2.3; NCO/OH总摩尔比为0.70~0.75;二羟甲基丙酸(DMPA)用量在6.5~7.0%左右;中和度为90~100%;甲基丙烯酸甲酯(MMA),用量为20%左右;引发剂选用油溶性偶氮二异丁腈(AIBN);聚氨酯与共聚丙烯酸单体质量比为(2~3):1;链制止剂二乙醇胺(DEOA)为3.0~4.0%、复合链转移剂的用量为单体质量的4%。用正交实验优化了合成PUA多元醇的配方,得到较好的配方设计如下:NCO/OH(初)取2.2,DEOA含量取3.0%,DMPA含量取6.5%,丙烯酸单体含量为30%。最终获得优化的PUA多元醇分散体性能为:外观泛蓝半透明、粒径76nm、单摆硬度达到0.84、吸水率低至27.6%,有良好的机械性能和稳定性。
采用水分散性多异氰酸酯305与PUA多元醇分散体组成了可以室温固化的双组份水性聚氨酯(2K-PU),研究了在不同的配方组成及配比清况下漆膜的性能,得到如下结论:混合分散合适的搅拌速率应为800r/min;305的粘度用丙二醇甲醚酯酸酯(PMA)调至1500cp为最佳状态;催化剂用量二丁基二月桂酸锡(DBTDL)为PUA质量的0.05~1.00%;在任何条件下,涂膜均具有良好的附着力、柔韧性和冲击强度:涂膜的耐水性和耐化学品性随着NCO/OH比例的增加而变好,在羟值为100 mgKOH/g,酸值为15mgKOH/g,NCO/OH比例是1.5:1时2K-PU的综合性能最好。经试验对比,结果表明本文制备的双组分水性聚氨酯产品与国外同类水性产品以及相应的溶剂型产品在性能上相当。
通过傅立叶红外光谱跟踪分析PUA多元醇水分散体的合成和2K-PU固化过程的化学结构,证实了室温下双组分水性聚氨酯的固化反应。