水性光油由水性合成樹脂、助劑和水組成，具有無毒、無刺激、低或無有機揮發(fā)物（ EFG）、成本低、材料來源廣等特點，在操作中可降低對人體的危害和對環(huán)境的污染，已愈來愈被食品、醫(yī)藥、煙草、印刷企業(yè)所重視，具有廣泛的發(fā)展前途 。作為水性光油的主要成分，水性成膜樹脂影響和支配著涂膜層的光澤、附著力、耐磨性、抗水性、柔韌性及干燥性能。水性聚氨酯樹脂具有優(yōu)異的附著力、耐磨性及高光澤，但就機械性能及耐水性能而言，水性體系尚不能和溶劑型體系相媲美。交聯(lián)是提高水性聚氨酯機械性能和耐水性能使其達到甚至超越溶劑型體系的一條重要手段，然而由于水性聚氨酯特殊的制備工藝，使其在乳化前的交聯(lián)度不能過大，否則將造成乳化困難甚至凝膠。本文通過乳化前蓖麻油的內(nèi)交聯(lián)和氨丙基三乙氧基硅烷的乳化后水解交聯(lián)，制備了一種具有高光澤的交聯(lián)型水性聚氨酯光油。另外，還對影響膠膜光澤度以及力學性能的因素作了初步探討。

1 試驗

1.1水性聚氨酯光油的合成

      將異佛爾酮二異氰酸酯、聚醚二醇加入250ML帶有回流冷凝管、溫度計的三口瓶中，于80度反應1.5H后，加入DMPA 及蓖麻油，繼續(xù)反應1H，得到親水改性PU預聚體；加入一定量的溶劑，待體系降溫至50度左右，加入DEG及二丁基錫二月桂酸酯和辛酸亞錫，于60度下擴鏈，直至NCO含量達到理論值（采用標準二正丁胺滴定法測定）；降溫至40度左右，加入計量的三乙胺中和15分鐘，然后加入氨丙基三乙氧基硅烷，在室溫下反應30分鐘后，于強烈攪拌下，分多次加入去離子水乳化約5分鐘，減壓下脫除溶劑，最后得到固含量約為 .35%、PH=7.5的帶藍光半透明狀交聯(lián)型聚氨酯乳液。

1.2 測試與表征

1.2.1 膠膜的制備

      將制備的聚氨酯乳液置于表面皿中，室溫下水平靜置3d，待水分緩慢揮發(fā)后，放入烘箱中于60度下干燥至恒重。

1.2.2 紅外光譜表征

      將乳液制成厚約0.5mm的膠膜，然后置于NEXUS870型表面全反射Fourier變換紅外光譜儀上觀察。

1.2.3 耐水性測定

      將PU膠膜裁成3cm×3cm試樣，然后浸泡于室溫下的去離子水中，24H后將其取出，快速拭干稱重，其質(zhì)量增加百分比即為吸水率，根據(jù)下式計算：

      吸水率（%）=W1-W0/W1×100%

      其中：W0為吸水前的樣品質(zhì)量（g）W1為吸水后的樣品質(zhì)量（g）。

1.2.4 拉伸測試

      XLP300型智能電子拉力試驗機。試樣為啞鈴狀，長2.8cm寬0.4cm，在拉伸速率為200mm/min下，測試拉伸強度和斷裂伸長率。

1.2.5 涂膜的硬度

      LX-A型橡膠硬度計，山東萊州華銀實驗儀器有限公司。將厚約1mm的膠膜平放在水平桌面上，然后用硬度計測試 . 次，取平均值。

1.2.6 涂膜光澤度

      光澤度根據(jù)GB/T1743-79（89）標準，用60反射角測量儀測定。

2 結(jié)果與討論

2.1 氨丙基三乙氧基硅烷（KH-550）的交聯(lián)機理

      在水乳液中，上述合成的端基為氨丙基三乙氧基硅烷（KH-550）的聚合物在辛酸亞錫和二丁基錫二月桂酸酯的催化下將緩慢發(fā)生以下反應：

      水中后發(fā)生，且交聯(lián)速度較慢，對乳化無影響。乳化后，由于端基氨丙基三乙氧 基 硅 烷（APTS）主要集中在膠粒內(nèi)部，其交聯(lián)過程不會造成膠粒的凝聚，因此不會對乳液穩(wěn)定性造成較大的影響。通過氣相色譜等可對其水解交聯(lián)速度及交聯(lián)度作詳細表征。

2.2  紅外譜圖分析

      圖1為由該光油所制備的膠膜的表面全反射紅外光譜圖，圖中2270CM-1附近無吸收峰，說明乳液成膜后已無游離的NCO存在，3320CM-1為氫鍵化了的N-H伸縮振動吸收峰，1710CM-1的強峰為部分氫鍵化的氨基甲酸酯及脲鍵C=O伸縮振動吸收峰，1520CM-1為N-H彎曲振動和C-N伸縮振動吸收峰的合頻，三者的存在說明了-NH-CO-鍵的形成，1110CM-1的 C-O-C伸縮振動吸收峰，為該譜圖中第1強峰，930CM-1為雙鍵的面外彎曲振動峰，這些峰的出現(xiàn)說明該樣品為含有不飽和鍵的聚醚型聚氨酯。

2.3  NC0/OH物質(zhì)的量比對材料性能的影響

      由表1可以看出，隨著 n（NCO）/ n（OH）值的增大，材料的抗拉強度增加、硬度提高、光澤度提高，但斷裂伸長率降低。從結(jié)構(gòu)上分析可知，隨著 n（NCO）/ n（OH）值的增加，剛性鏈段（氨基甲酸酯鍵和脲鍵等）增加，鏈間各種非價鍵力（范德華力和氫鍵）增強，將有更多的物理交聯(lián)點形成，致使抗拉強度增大、斷裂伸長率降低。因此， n（NCO）/ n（OH）值的選擇應綜合考慮性能與成本等各種因素。

2.4 DMPA用量對膠膜光澤度的影響

      DMPA用量對膠膜光澤度的影響見表2。材料的光澤度與材料表面的平滑度有關(guān)，平滑度越高，其反射角方向的反射越強，光澤度越高；平滑度低，造成表面凹凸不平，發(fā)生漫反射，從而削弱了反射角方向的光強，導致光澤度降低。隨著DMPA用量的增加，乳液粒徑變小，成膜后表面平滑度高，因而光澤度增強。但親水性成分含量過高，勢必影響材料的耐水性能。綜合考慮各種因素認為，-COOH的質(zhì)量分數(shù)以1.0%-1.3%為佳。

2.5 蓖麻油的用量對膠膜光澤度的影響

      蓖麻油的用量對膠膜光澤度的影響如表3所示。從表3可以看出，蓖麻油的加入能顯著提高材料的光澤度。成膜物質(zhì)的克分子折光指數(shù)也是影響材料的光澤度的重要因素，克分子折光指數(shù)越大，光澤度越高 。一般來說，含有不飽和雙鍵的化合物有較大的折光指數(shù)，由于蓖麻油中含有不飽和雙鍵，因此向體系中引入蓖麻油，是提高材料光澤度的一個重要手段。

2.6 蓖麻油及氨丙基三乙氧基硅烷（APTS）的用量對膠膜耐水性的影響

      蓖麻油和氨丙基三乙氧基硅烷（APTS）的用量對膠膜耐水性的影響，如圖2和圖3所示。在圖2中，與乳化前聚氨酯樹脂中殘余NCO的摩爾比固定為1:10；在圖3中，將蓖麻油的的質(zhì)量分數(shù)固定為8%。從圖中可以看出，隨著蓖麻油和APTS用量的增加，材料的吸水率降低。這是由于材料的交聯(lián)度增大所致。

2.7 氨丙基三乙氧基硅烷（APTS）的用量對材料力學性能的影響

      氨丙基三乙氧基硅烷（APTS）的加入對材料力學性能的影響，如圖4所示（圖中蓖麻油的的質(zhì)量分數(shù)為8%）。從圖4 中可以看出，隨著APTS與殘余NCO的摩爾比的增大，即APTS含量的增加，材料的拉伸強度顯著提高，但同時斷裂伸長率也明顯降低。這是由于氨丙基三乙氧基硅烷之間失水，導致分子鏈間形成化學交聯(lián)所致。隨著APTS含量的增加，材料的交聯(lián)度增加，因此，材料的拉拉強度增加、斷裂伸長率降低。

3 結(jié) 論

      本文采用自乳化工藝，以異佛爾酮二異氰酸酯、聚醚二元醇為原料，通過蓖麻油和氨丙基三乙氧基硅烷的雙重交聯(lián)，制備了一種性能優(yōu)異的水性聚氨酯光油，并對影響其性能的各種因素進行了探討。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：

     （1）通過疏水性蓖麻油及氨丙基三乙氧基硅烷的雙重交聯(lián)，能夠顯著提高材料的耐水性，且對乳液穩(wěn)定性沒有太大的影響。

     （2）材料的光澤度與親水性成分及成膜物質(zhì)的不飽和雙鍵的含量有關(guān)，在本研究體系中，隨著APTS用量的增加，乳液粒徑減小，材料的光澤度升高；增加蓖麻油的含量，成膜物質(zhì)的不飽和度增加，膠膜的光澤度顯著提高。

     （3）材料的抗拉強度隨著蓖麻油及氨丙基三乙氧基硅烷含量的增加，即交聯(lián)度的增大而增大，但斷裂伸長率降低。

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