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1、環(huán)保型水性油改性聚氨酯的性能研究作者：雷可德（中國(guó)）有限公司????來(lái)源：Ringer聚氨酯已被廣泛地應(yīng)用于各種類型的涂料領(lǐng)域。本文首先根據(jù)ASTMD16，簡(jiǎn)單介紹了聚氨酯涂料的分類，討論了水性聚氨酯技術(shù)及水性聚氨酯的各種交聯(lián)，并著重討論了單組份水性油改性聚氨酯的空氣氧化自交聯(lián)。油改性聚氨酯的消耗量在美國(guó)是很大的，僅次于雙組份聚氨酯，主要用于木器涂料，尤其是用于專業(yè)及DIY（Do-It-Yourself）市場(chǎng)的木器涂料領(lǐng)域。傳統(tǒng)的溶劑型油改性聚氨酯含有超過(guò)450g/L的有機(jī)溶劑，對(duì)環(huán)境造成很大程度的污染，水性聚氨酯的發(fā)展為油改性聚氨酯提供了低VOC
2、和高性能的技術(shù)。本文比較了水性及溶劑型油改性聚氨酯的VOC及性能，并介紹了雷可德公司的水性油改性聚氨酯系列產(chǎn)品。特別強(qiáng)調(diào)的是，與溶劑型的油改性聚氨酯相比，這種可自交聯(lián)的水性油改性聚氨酯不僅可以在性能上提供同溶劑型該類產(chǎn)品相同的硬度、耐刻劃、耐磨損及耐化學(xué)性能，而且還提供了符合市場(chǎng)上VOC要求的產(chǎn)品，同時(shí)又充分利用了可再生資源。聚氨酯涂料的分類聚氨酯作為一種高分子材料已被廣泛地用于制備泡沫塑料、彈性體、涂料、粘合劑、密封劑、油墨、薄膜、纖維、工程塑料等領(lǐng)域。在涂料領(lǐng)域中，由于聚氨酯材料的特殊性能，及異氰酸酯基的反應(yīng)特性，它已被廣泛的用于工業(yè)、建筑、紡
3、織、皮革、地板拋光及其它特殊領(lǐng)域。一般來(lái)講，聚氨酯材料有著良好的韌性，這主要是由于聚氨酯分子結(jié)構(gòu)中主鏈的軟硬段交替的結(jié)果。軟段提供了高分子的柔軟性，而硬段可形成適度的氫鍵及結(jié)晶，它不僅提供了硬度，同時(shí)也通過(guò)氫鍵及結(jié)晶形成“物理交聯(lián)點(diǎn)”，這個(gè)“交聯(lián)點(diǎn)”對(duì)整個(gè)聚氨酯起到了“網(wǎng)結(jié)”的作用。通常聚氨酯材料是可以容易地做到“軟而不粘”；“硬而不脆”的。這一性能，加寬了聚氨酯涂料的應(yīng)用范圍。異氰酸酯基同羥基，胺基及水的可控反應(yīng)，對(duì)聚氨酯涂料來(lái)說(shuō)更是錦上添花。這些反應(yīng)的反應(yīng)速度是可以控制的。異氰酸酯基同羥基及水的反應(yīng)可以通過(guò)加入催化劑來(lái)加速；而異氰酸酯基同胺基的
4、反應(yīng)可以通過(guò)對(duì)胺的選擇而加以控制，共扼效應(yīng)，立體障礙及吸電子效應(yīng)可以降低它們的反應(yīng)速度。因?yàn)楫惽杷狨セu基及胺基的反應(yīng)沒(méi)有小分子副產(chǎn)物釋放，這些反應(yīng)使聚氨酯雙組份涂料成為可能。事實(shí)上，雙組份涂料的用量在聚氨酯涂料中是消耗最大的，其性能也是較好的。其主要用途包括各種地板，工業(yè)維護(hù)用涂料，在線涂裝涂料，及用于汽車等工業(yè)的各種涂料。由于環(huán)境保護(hù)的因素，越來(lái)越多的溶劑型聚氨酯已逐漸被水性聚氨酯所取代，木器漆涂料領(lǐng)域也不例外。在有機(jī)涂料領(lǐng)域中，這些溶劑的取代往往不是簡(jiǎn)單的用水來(lái)取代有機(jī)溶劑，而在聚氨酯的結(jié)構(gòu)中也要做一些必要調(diào)整。美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試方法（ASTM，
5、D16）中將聚氨酯涂料做了定義及分類，其分類總結(jié)在表1。由于該分類是早在1974年做出的，而后SKEIST'S的市場(chǎng)報(bào)告中對(duì)此分類做了一些補(bǔ)充。在此表中列出的各種類型的聚氨酯中，粉末、水性、光固化、II、IV和V類涂料可以較容易制備成環(huán)保型涂料。其中粉末、光固化、II、IV及V類涂料在應(yīng)用時(shí)要受到施工條件的限制，而水性聚氨酯涂料可以用在很多領(lǐng)域，所以它的品種極為豐富，應(yīng)用相當(dāng)廣泛。表1聚氨酯涂料的分類水性聚氨酯的制備方法與交聯(lián)水性聚氨酯的制備方法國(guó)外及國(guó)內(nèi)都有很多文獻(xiàn)報(bào)道及總結(jié)過(guò)有關(guān)制備水性聚氨酯的工藝，大體上分為丙酮法，預(yù)聚體分散法，融熔分散法及
6、酮亞胺，酮連氮等方法。而涂料用的水性聚氨酯大多數(shù)是使用丙酮法及預(yù)聚體分散法制備的。其中丙酮法中使用的易蒸餾溶劑不一定是丙酮，也可以是其它沸點(diǎn)相對(duì)較低的惰性溶劑。而預(yù)聚體分散法中也往往加入一定量的高沸點(diǎn)惰性溶劑以控制預(yù)聚物的黏度。在水性聚氨酯涂料的應(yīng)用中，助溶劑的存在對(duì)于幫助高分子聚結(jié)成膜往往也是必要的。預(yù)聚體分散法中用的高沸點(diǎn)溶劑，可以留在涂料中作為助溶劑，所以此方法在制備涂料用的水性聚氨酯中最為普遍。近來(lái)有一種建議，這個(gè)建議傾向于在計(jì)算VOC時(shí)，不僅要考慮有機(jī)揮發(fā)物的體積用量，還要比較溶劑的最大增量反應(yīng)活性（MIR，maximumincremen
7、talreactivity），以此來(lái)定量溶劑對(duì)地面臭氧水平的相對(duì)影響。這樣在今后的助溶劑的選擇中，會(huì)更增加一些限制，但目前在美國(guó)對(duì)此還沒(méi)有執(zhí)行。水性聚氨酯交聯(lián)類型大多數(shù)水性聚氨酯是通過(guò)丙酮法或預(yù)聚物法制備的，（1）丙酮法及預(yù)聚體分散法所制備的水性聚氨酯大多數(shù)是線性的，即便是有交聯(lián)，其交聯(lián)度往往也有限。而線性聚氨酯的耐化學(xué)性能往往是通過(guò)軟，硬段的選擇，或提高硬段的用量來(lái)提高，用這些方法來(lái)提高其耐化學(xué)性能也是有局限性的。聚氨酯領(lǐng)域的化學(xué)家們常常會(huì)千方百計(jì)的想出方法制備出可交聯(lián)型的水性聚氨酯，其總結(jié)如圖1所示。圖1交聯(lián)型水性聚氨酯◆預(yù)交聯(lián)預(yù)交聯(lián)型水性聚氨
8、酯是指預(yù)聚物在擴(kuò)鏈后這些聚氨酯已形成交聯(lián)體系，這些是可以通過(guò)使用多官能團(tuán)的單體來(lái)實(shí)現(xiàn)的。這些多官能團(tuán)單體可以是多元醇，多元
