目前我國所用的聚氨酯涂料絕大部分為溶劑型， 從安全和環(huán)保的角度考慮， 溶劑型聚氨酯涂料存在許多不足甚至是危害之處。 水性聚氨酯以水為基本介質(zhì)， 具有不燃、 氣味小、 不污染環(huán)境、 節(jié)能、 操作加工方便等優(yōu)點， 因而獲得了越來越廣泛的應(yīng)用。 但目前水性聚氨酯木器涂料還存在耐水性、 與基材的附著力不夠強及硬度與應(yīng)用性能要求不相適宜等缺點， 較大程度地影響了它的推廣應(yīng)用。 為此， 本研究采用氨基硅烷偶聯(lián)劑改性聚醚型水性聚氨酯， 制得了優(yōu)異性能的水性聚氨酯木器涂料。 該制備方法可操作性好， 具有很好的推廣應(yīng)用價值。

1 實驗部分

1.1 主要原材料

      聚醚二醇， 羥值為， 甲苯二異氰酸酯： 工業(yè)級；—二羥甲基丙酸:工業(yè)級； 氨基硅烷偶聯(lián)劑： 工業(yè)級； 三乙胺。

1.2 水性聚氨酯木器涂料的配方

1.2.1 預(yù)聚體的配方（ 見表 1）

1.2.2 改性水性聚氨酯木器涂料基本配方（ 見表 2）

1.3 水性聚氨酯木器涂料的制備工藝

1.3.1 原材料的預(yù)處理

      分別將N210和DMPA在120度，4kPA條件下真空脫水， 然后密封保存?zhèn)溆谩?br />
1.3.2 預(yù)聚體的合成

      在帶有高速分散機、 溫度計及高純氮氣保護(hù)的密閉反應(yīng)器中加入經(jīng)化學(xué)計量的TDI； 將一定量的DMPA和經(jīng)化學(xué)計量的N210的混合物加熱到120度， 使DMPA溶解， 冷卻后， 分批加到上述反應(yīng)器中， 在70度下攪拌反應(yīng)4H， 得到聚氨酯預(yù)聚體。

1.3.3 聚氨酯乳液的制備

      將少量的三乙胺和氨基硅烷偶聯(lián)劑混溶于5度的去離子水中， 緩慢加入上述預(yù)聚體高速剪切乳化30min， 加入定量的消泡劑， 分散均勻后， 得到固含量33%左右的氨基硅烷偶聯(lián)劑擴鏈的水性聚氨酯乳液。

1.3.4 木器涂料的制備

      將水、 分散劑、 防霉劑、 消泡劑等混合均勻后， 高速分散15min； 加入上述聚氨酯乳液及其它助劑， 用流平觸變劑調(diào)整到適當(dāng)粘度即可。

1.4 性能測試方法

     （1）紅外測定： 采用美國Analect公司的RFX-65傅立葉紅外光譜轉(zhuǎn)換光譜儀進(jìn)行測定。

     （2） 表面水接觸角的測量： 采用日本Kyowa公司生產(chǎn)的G-1型角度計式接觸角測定儀進(jìn)行測試。 采用去離子水，將水滴滴于薄膜表面1min后進(jìn)行測試， 每個樣品取相互間距5mm的3個點進(jìn)行測量， 共6次讀數(shù)， 取算術(shù)平均值。

     （3）拉伸強度和斷裂伸長率： 參照J(rèn)C 500-92《 聚氨酯防水涂料》， 采用XLL-60型拉力試驗機進(jìn)行測試， 拉伸速度為100mm/min。

     （4）固含量： 按GB/T1725-89進(jìn)行測試。

     （5）硬度： 采用LX-A型橡膠硬度計進(jìn)行測試。

     （6）附著力： 按GB 1720-79進(jìn)行測試。

2 結(jié)果與討論

2.1 紅外譜圖分析

      硅烷偶聯(lián)劑改性的水性聚氨酯涂膜的紅外光譜見圖 1。由圖1可以看出：3279cm-1處為N—H 的伸縮振動峰、1643cm-1處為脲基中 C=O 的伸縮振動峰、),1726cm-1處為氨酯基中 C=0 的伸縮振動峰 、1103cm-1處 為 C—O—C的伸縮振動峰， 說明聚合產(chǎn)物中有脲鍵和氨酯鍵存 在 ； 1090cm-1的彎曲振動峰） 和1103cm-1的伸縮振動峰）附近可以看出吸收峰明顯變寬， 是Si—O—Si的彎曲 振 動 和 C—O—C 的伸縮振動的重疊峰 1250cm-1處為CH2-Si中 的—CH2—的彎曲振動峰 ，803cm-1處 為CH2-Si中的—CH2—的擺式振動峰， 這些都說明聚合物中存在有機硅。

2.2 硅烷偶聯(lián)劑用量對涂膜表面水接觸角的影響

      內(nèi)乳化型水性聚氨酯， 由于在分子鏈中引入了親水性基團， 因此， 成膜物的吸水性往往都很強， 這是作為木器涂料最大的缺點之一， 采用氨基硅烷偶聯(lián)劑改性水性聚氨酯的目的就是希望能提高其耐水性。 表3中列出了室溫25度下測得的KH-550改性水性聚氨酯涂膜表面的水接觸角。

      從表3可以看出， 在水性聚氨酯中引入少量的硅烷偶聯(lián)劑其水接觸角明顯增大。 硅烷偶聯(lián)劑的一端與異氰酸酯封端的聚氨酯預(yù)聚體分子的主鏈相接（-NH2與NCO反應(yīng)）， 另一端的Si-O鏈則伸展到基層表面， 從而在硅烷偶聯(lián)劑改性的樹脂中表現(xiàn)出有機硅的特性。 在干燥成膜時， 硅烷偶聯(lián)劑改性的水性聚氨酯中硅氧烷水解、 縮聚， 結(jié)果在聚合物之 間以及聚合物和基材之間形成牢固的互穿網(wǎng)絡(luò)立體交聯(lián)結(jié)構(gòu)，從而使漆膜具有優(yōu)異的憎水性及粘附力。

2.3 硅烷偶聯(lián)劑用量對涂膜力學(xué)性能的影響

      拉伸強度和斷裂伸長率是衡量水性聚氨酯涂膜力學(xué)性能的重要指標(biāo)。 表4為KH-550用量對改性水性聚氨酯涂膜的拉伸強度、 斷裂伸長率的影響。 從表4可以看出， 硅烷偶聯(lián)劑的使用使聚氨酯涂膜的拉伸強度略有增加， 斷裂伸長率略有下降。 這可能是因為隨著硅烷偶聯(lián)劑用量的增加， 材料的交聯(lián)度增大， 從而使拉伸強度稍有上升， 斷裂伸長率略有下降。

3 改性水性聚氨酯木器涂料的基本配方及性能指標(biāo)

      通過試驗T 確定了改性水性聚氨酯木器涂料的最佳基本配方為：60：34：6：1。 其技術(shù)性能如表 5 所示。

      從表5可以看出， 本項目研制的硅烷偶聯(lián)劑改性水性聚氨酯木器涂料具有優(yōu)良的耐水性、 力學(xué)性能和附著力， 有望在木器涂料領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

4 結(jié) 論

     （1） 在無溶劑的條件下， 采用擴鏈的方式制得氨基硅烷偶聯(lián)劑改性的水性聚氨酯乳液， 通過配以分散劑、 防霉劑、 消泡劑等助劑， 制成了穩(wěn)定的水性聚氨酯木器涂料。

     （2）以硅烷偶聯(lián)劑改性的水性聚氨酯乳液制得的木器涂料， 具有優(yōu)良的耐水性、 附著力和力學(xué)性能等， 且該制備方法操作性好， 具有良好的推廣應(yīng)用前景。

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