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溶剂型聚氨酯涂料含有大量挥发性有机化合物,对环境造成严重污染,其使用必将受到限制。涂料从溶剂型向水基型的转变已成必然。水性聚氨酯具有耐低温、柔韧性好等优点,但具有硬度不高、耐水性差等缺点。为改善水性聚氨酯性能,扩大水性聚氨酯的应用范围,就必须对其进行改性。
本文以聚醚二元醇和异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)为基本原料,采用分步合成法,在不同的反应阶段分别引入三羟甲基丙烷(TMP)、环氧树脂、蓖麻油(C.O.)和端羟基聚丁二烯(HTPB),对聚氨酯进行多重交联改性,以1,4-丁二醇(BDO)为扩链剂,二羟甲基丙酸(DMPA)为亲水扩链剂,得到聚氨酯(PU)预聚体,用三乙胺(TEA)中和,在水中剪切乳化并用乙二胺(EDA)扩链得到聚氨酯分散体(PUD)。采用原位乳液聚合法,将甲基丙稀酸甲酯(MMA)预先分散于聚氨酯分散液中,然后以偶氮二异丁腈(AIBN)为引发剂在一定温度下引发得到PUA复合乳液。
研究了预聚温度、预聚时间等工艺因素,异氰酸酯(NCO)与羟基(OH)的初始摩尔比和总摩尔比,聚合物多元醇的种类,DMPA含量、TMP、环氧树脂、C.O.、HTPB的添加量等配方因素对改性聚氨酯性能的影响,得到了制备性能优良的PUA乳液的最优配方和工艺。确定预聚第一阶段温度为70℃、预聚时间为6～7h;初始NCO/OH为13、总NCO/OH为1.3;HTPB含量为20％左右；DMPA含量为6％；蓖麻油的添加量为5～7％、环氧添加量为4～6％、TMP添加量为2～3％；MMA的添加量在20～30％左右。并用红外光谱仪(FTIR)、差示量热扫描仪(DSC)、热重分析(TG)等测试手段对合成产物进行了结构和性能的表征。
用上述PUA复合乳液配制了高性能聚氨酯丙烯酸酯水性复合木器涂料。重点研究了消泡剂、增稠剂和成膜助剂等对涂膜性能和涂料施工性能的影响。通过合理选择和搭配不同的助剂,最终得到施工性能和涂膜性能均能满足木器涂装的高性能聚氨酯丙烯酸酯水性复合木器涂料,适用于白漆、浅色漆和高档木器漆。中试产品性能经广东省涂料产品质量监督检验站检测,性能达到了HG/T3068-2006《室内用水性木器涂料》标准中B类家俱用面漆规定的要求。