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水性聚氨酯硅烷偶聯(lián)劑改性

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2018/12/20 瀏覽次數(shù)：

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因環(huán)保政策的壓力，讓傳統(tǒng)的油性產(chǎn)品使用受到了現(xiàn)在，企業(yè)不得不面臨著油改水狀態(tài)。雖然水性產(chǎn)品環(huán)保、無毒對(duì)環(huán)境污染程度很小，不過與油性產(chǎn)品相比，水性樹脂的一些性能不能與油性產(chǎn)品相比，水性聚氨酯與油性聚氨酯在耐溶劑、耐水、耐候性、膜強(qiáng)度等方面都存在著不足，水性聚氨酯各方面性能的提升是恒天新材料研發(fā)者不斷奮斗的目標(biāo)。

為了彌補(bǔ)水性聚氨酯的缺陷，提高其綜合性能，擴(kuò)大其應(yīng)用范圍，需要對(duì)其進(jìn)行改性。有機(jī)硅氧烷中硅原子獨(dú)特的化學(xué)性質(zhì)使其具有低表面能，在成膜過程中硅原子會(huì)向表面富集，賦予聚合物涂膜優(yōu)良的耐水性、耐油污性和耐候性。由于分子鏈中含有的Si-O鍵鍵能高達(dá)425kJ/mol，遠(yuǎn)高于C-C和C-O鍵的鍵能，因此有機(jī)硅烷的加入可以有效地改善聚氨酯膠膜綜合性能。

改性自交聯(lián)水性聚氨酯的制備工藝絕大多數(shù)采用丙酮法。其制備過程是聚氨酯預(yù)聚體的合成、親水單體和功能單體擴(kuò)鏈、離子化、水分散，最后蒸出丙酮得到水性聚氨酯乳液。最常用的方法是硅烷偶聯(lián)劑對(duì)末端含—NCO基的聚氨酯分子進(jìn)行封端改性；此外，還有擴(kuò)鏈法和接枝法。擴(kuò)鏈法是將硅烷偶聯(lián)劑作為擴(kuò)鏈劑引入到聚氨酯分子骨架。接枝法通常是用硅烷偶聯(lián)劑對(duì)多元醇進(jìn)行接枝改性，然后再通過聚合引入到聚氨酯分子中。當(dāng)烷氧基硅烷被引入到水性聚氨酯分子鏈中，水性聚氨酯的交聯(lián)是通過硅烷中的烷氧基在室溫下進(jìn)行的水解和縮聚反應(yīng)實(shí)現(xiàn)的。首先水性聚氨酯分子中的烷氧基在常溫條件下水解成硅羥基，硅羥基與硅羥基之間再通過縮合反應(yīng)形成三維立體—Si-O-Si-的交聯(lián)結(jié)構(gòu)。

硅烷偶聯(lián)劑改性自交聯(lián)水性聚氨酯將硅烷偶聯(lián)劑通過共價(jià)鍵連接到聚氨酯分子骨架上，利用硅烷氧基的水解、縮聚反應(yīng)形成的無機(jī)相能很好的和聚氨酯網(wǎng)絡(luò)相容，同時(shí)成為交聯(lián)點(diǎn)，從而能有效地增強(qiáng)材料聚氨酯的性能。

1.機(jī)械性能：隨著水性聚氨酯中硅烷偶聯(lián)劑含量的提高，水性聚氨酯的交聯(lián)密度增大，硬度會(huì)提高、拉伸強(qiáng)度會(huì)增大、拉斷伸長率降低。

2.熱穩(wěn)定性：經(jīng)硅烷偶聯(lián)劑改性后聚氨酯能夠形成交聯(lián)聚合物，當(dāng)溫度升高時(shí)不會(huì)熔化，因?yàn)榉肿渔溨g存在的交聯(lián)點(diǎn)而限制了整個(gè)分子鏈的運(yùn)動(dòng)，因而具有較好的耐熱性能；另外，新增的Si-鍵比C-O鍵具有更高的鍵能，這也有利于改善水性聚氨酯的熱穩(wěn)定性。

3.耐溶劑：通過硅偶聯(lián)劑的交聯(lián)作用，能夠降低水性聚氨酯分子鏈間的自由體積，在一定程度上阻礙了水和溶劑分子滲透到水性聚氨酯膜內(nèi)，從而增強(qiáng)其耐水性和耐溶劑性，這是由交聯(lián)的形成阻礙了溶劑分子滲透到材料內(nèi)部所引起。另一方面，眾所周知有機(jī)硅化合物能降低材料表面的表面能，在一定程度上也能降低水性聚氨酯膜的耐水性。因此，硅偶聯(lián)劑改性的自交聯(lián)水性聚氨酯具有優(yōu)異的耐水性和耐溶劑性。

4.附著力：聚氨酯分子量上硅烷偶聯(lián)劑水解形成硅醇，在基材上干燥成膜的過程中，與基材上存在的羥基脫水形成-Si-O-鍵，提升了附著力。

雖然硅烷偶聯(lián)引入對(duì)水性聚氨酯性能上得到了提升，不過水性聚氨酯性能提升改善的路還有很長路要走，只有借鑒不同研究領(lǐng)域中新的概念、新型的原理和方法、新的途徑和結(jié)構(gòu)是發(fā)展新型結(jié)構(gòu)和優(yōu)異性能水性聚氨酯材料的重要源泉。

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