脂肪族水性聚氨酯

ucoat

脂肪族水性聚氨酯

1 PUDS的合成

水性聚氨酯涂料按涂料成膜方式分为热固性和热塑性两类。热固性的水性聚氨酯涂料是由两个组分，一个含活泼氢，另一个含NCO基，在常温或加温下交联固化成膜。热塑性水性聚氨酯涂料的关键在于采用合理的工艺制备稳定的水性聚氨酯分散体(PUDS)。PUDS分为阴离子、阳离子、非离子3种，目前大多合成阴离子PUDS。
1.1异氰酸酯对PUDS性能的影响

异氰酸酯的性能对PUDS的合成影响很大。脂肪族异氰酸酯(HDI、IPDI、HMDI等)除了合成的PUDS具有不黄变的优点，还有一个优势就是反应活性低，便于合成PUDS。其中IPDI(异佛尔酮二异氰酸酯)更有优势：1)可以利用IPDI的两个NCO反应活性的差别来合成分子规整性更好的PUDS；2)IPDI制品的相容性较HDI更好；3)HDI亲水性太强、较软；4)IPDI较HMDI等在国内更易采购。
1.2用IPDI合成PUDS

选用IPDI合成PUDS反应过程大致如下：
第1步：用VESTANAT IPDI制备低粘度含COOH基团预聚物DMPA(二羟甲基丙酸)+IPDI选用二月桂酸二丁基锡作催化剂，反应温度为60℃。

第2步：中和分散


加入三乙胺/二甲基乙醇胺/二乙基乙醇胺中和分散在水中。

第3步：扩链

用二胺扩链，最佳扩链剂应选择IPD(异佛尔酮二胺)。

PUDS的合成过程并不复杂，但在分散预聚物时经常会遇到粘度高的问题。可以通过以下方法解决：

1)升高预聚物的温度；

2)保证即刻的完全相容(改善搅拌，如采用三层搅拌桨)；

3)使用助溶剂，如二甲基甲酰胺、N甲基吡咯烷酮、丙酮或甲乙酮(助溶剂必须是不含活泼氢离子；低沸点溶剂可通过蒸馏除掉；硬涂料需要更多的共溶剂)；

4)降低预聚物的分子量(使用较高的NCO/OH比例；使用较少的低分子量二元醇扩链剂；使用较多的二元胺补充)。

表1
反应温度与聚合物性能的关系
反应温度
耐紫外光
聚合物粘度
粒子粒度
抗拉强度
℃


mPa.s
μm
MPa
40
0.8
1.32
15
37
60
0.8
1.36
20
37
80
1.5
1.39
22
37.5
90
2.0
1.61
35
40
100
2.8
1.86
53
42
注：耐紫外光测试为光强80w/cm，距离15cm，光照144h与标准样板对照的黄变等级。

表2催化剂种类与反应条件的关系
催化剂种类
用量％
反应时间，h
粘度，mPa.s
辛酸亚锡
0.05
6
2.02
二月桂酸
0.05
7
1.36
二丁基锡
二甲氨基乙醇
0.05
8
2.26
辛酸亚锡+
0.05+0.1
3
2.85
二甲氨基乙醇
二甲氨基乙醇
+二月桂酸二
0.05+0.1
3
2.64
丁基锡
不加催化剂
12h后反应20％
0.73




表3扩链剂与PUDS性能的关系
NCO残留量
抗拉强度
断裂伸长率
扩链剂类型


％


MPa
％
异佛尔酮二胺
0.2
37
230
二乙烯三胺
0.4
29
160
四乙烯五胺
0.3
33
110
聚氮吡啶
0.3
32
260
表4低分子量扩链剂的影响
配方
A1
A2
T1136(mol)
6.25
2.5
三羟甲基丙烷(mol)
1
1
1，4-丁二醇(mol)

-
3.75
二甲基丙酸(mol)
2.5
2.5
异佛尔酮二异氰酸酯(mol)
15.6
15.6
预聚物粘度，23℃(Pa.s)
40
350
摆杆硬度(s)
25
150
抗拉强度(N/mm2)
30
38
断裂拉伸％
570
300
T1136为DEGUSSA公司分子量1000的聚酯二元醇，预聚物80wt％NMP溶液

表5预聚物的性能
配方
AB1
AB2
AB3
T1136(mol)
2.5
2.5
2.5
三羟甲基丙烷(mol)
1
1
1
1，4-丁二醇(mol)
3.75
2.5
1.25
二甲基丙酸(mol)
2.5
3.75
5
异佛尔酮二异氰酸酯(mol)
15.6
15.6
15.6
酸值(mg KOH/g树脂)
20
30
40
软组分(wt％)
39
39
40
粘度，23℃(Pa.s)
350
550
1000
EDA(NH2∶NCO＝0.8)
4.3
4.3
4.3


表6以上相应PUDS性能
固体份％
36

32
26
粘度(mPa.s)
＜30
70
190
外观
白色


乳色
透明
表7以上相应涂料性能
摆杆硬度(s)
150
145
170
抗拉强度(N/mm2)
338
40
44
断裂拉伸％
300
260
200

对PUDS及涂料性能的影响还有很多，如使用二元醇不同(PPG、PTMEG、PES、PC)，最终涂料的性能会相差较大。原材料的选择和反应的工艺是影响品质的关键。

开林（江西）制漆

学习了,国产树脂在水溶性及成膜性上还要下大工夫

manny007

的确，国产品质亟需提高

wzhui2004

大哥，说实话，小妹觉得您转摘的这篇文章不完全，现补充如下：
第一步中，说到的反应温度太低，反应至少要在80度以上，水性聚氨酯的反应，最基本的原料是二异氰酸酯＋聚酯或聚醚二醇＋亲水单体，这里竟然没有提到聚合物二醇
在分散的过程中，由于您的温度这么低，后扩链也没有提到甲醛，应该不是熔融聚合法制备，那么就没有必要提高温度，后面有说到加助溶剂，这个条件下，分散时，温度越低越好，一般温度要在二三十度以下，要看二异氰酸酯的活性，防止与水的反应，并且会粒径小，分散体的稳定性提高，后扩链如果要用IPDA来扩链的话，温度就要更低了，一般合成水性聚氨酯的冷凝设备是关键。
前面的叙述中，没有提到三官能团的交联剂，不过后面的实验中有提到，一般不加一点交联剂，分散体的断裂伸长率很高，强度很低，有可能一点回弹性就没有。

sage_yu

楼上的说法我十分同意，根据我的经验温度对聚氨酯合成的影响非常大。

cjbaiwcwt

同意2楼的。