聚氨酯弹性地坪涂料

聚氨酯弹性地坪涂料

傅敏,狄志刚,袁立新,朱晓丰
(中化建常州涂料化工研究院,213016)

O前言
聚氨酯弹性体具有优异的耐磨性和硬度可调性,在较宽的硬度范围内具有高弹性,在一30~50OC的温度范围内具有屈挠性;并且具有良好的耐冲击性、耐划伤性和优异的装饰性,成为工业地坪涂料首选高分子材料。本文采用线型聚醚、多元醇与过量的甲苯二异氰酸酯反应,制备端异氰酸酯基的聚氨酯弹性预聚物,再与作经基组分的环氧树脂交联固化,形成网状结构的聚氨酯弹性体,使两种树脂的优良特性得到互补与加强11一2]。用该树脂体系制备的弹性地坪涂料既保持了环氧树脂的强度高、粘接力强、耐化学药品性好的特性,又具有聚氨酯的高弹性、耐划伤性、耐磨损性和良好的施工性,能够满足现代工业的需要,可广泛用于汽车、航天、电子、食品、医药、电力、化工等工业的地坪,是现代工业理想的长效地坪涂料。

1实验部分
1.1原料
环氧树脂,E一20,线型聚醚,PPG一1000;多元醇,工业品;80/20-TDl,日本三井公司;混合溶剂:工业;阻聚剂,自制;颜填料,国产;消泡剂、流平剂、催干剂,BYK公司。

1.2聚氨酯弹性预聚物的制备
将配方量的即G一1000聚醚、多元醇、混合溶剂置于反应釜中,搅拌均匀并加入阻聚剂,升温至回流温度,回流脱水3h直至无水分出;降温至40OC,再加入80/20一TDI,缓慢升温至90OC保温sh,测得NCO值达理论值,加入流平剂,即可降温出料。

1.3聚氨酯弹性地坪涂料的制备
该涂料为双组分,轻基固化常温干燥的聚氨酯弹性地坪涂料。
甲组分:为端一NCO的聚氨酯弹性预聚物。
乙组分:为经基组分的环氧树脂色浆。其制备方法:按配方称取环氧树脂E一20、颜填料、分散剂、流平剂、催化剂及混合溶剂,用高速搅拌分散后,再经三辊或砂磨机研磨至一定细度而成。
聚氨酯弹性地坪涂料的使用配比:甲、乙两组分按NCO/OH=1.1配制。

1.4性能测试
聚氨酯弹性地坪涂料主要性能测试结果见表1。

2结果与讨论
2.1环氧树脂的影响
采用环氧树脂作双组分地坪涂料的经基组分,利用环氧树脂分子中的仲轻基与异氰酸酯反应,生成氨基甲酸酯使涂膜固化,可以提高涂层的粘结力和耐碱性。由轻基化合物与异氰酸酯反应的动力学得知,反应物的经基浓度与反应速度成正比,而在该反应中,只是经基参与反应,环氧基并未结合。因此,选用轻基含量较高的环氧树脂,可以缩短固化时间,提高体系的交联密度。环氧树脂对聚氨酯弹性涂层的影响见表由表2可以看出,环氧树脂相对分子质量为900时,体系的混溶性好,涂膜的干燥时间短、弹性好、强度高。当相对分子质量大于1400时,尽管经基含量高,但体系的混溶性差,不仅影响漆膜的外观,而且导致涂层的机械性能变差。因此选用轻基含量和相对分子质量适中的E一20作为体系的经基组分,得到的涂层综合性能最佳。

2.2弹性预聚物对涂料性能的影响
2.2.1聚醚的影响
含端经基的线型聚酯和聚醚是制备聚氨酯弹性预聚物的主要原材料。与异氰酸酯反应生成聚合物软链段,而赋予涂膜优异的弹性。聚酉旨与聚醚官能团的极性不同,则分子的内聚力与分子间的作用力不同,形成的弹性预聚物对涂层的影响也不同。两者相比聚醚聚氨酯的分子链更为柔顺,并使得聚氨酉旨在涂料基体中形成橡胶分散相l2],因而提高体系的耐冲击强度。不同的聚醚对涂层的强度和弹性影响不同,聚醚对聚氨酯弹性地坪涂料的影响见表3o由表3可以看出,随着聚醚相对分子质量的增加,涂层的抗张强度下降,弹性增大。这是因为随聚醚相对分子质量的增加,聚氨酉旨中的醚键增多,软段比例提高,体系的柔韧性增大;同时聚醚分子链上轻基数目相对减少,聚氨酯交联密度下降,而导致涂层抗张强度的下降。实验表明宜选用PPG一1000聚醚来制备弹性预聚物,以获得强度高、弹性好的涂层。

2.2.2多元醇的影响
聚氨酯弹性体是一种由软硬链段组成的嵌段共聚物。软链段由聚醚提供,赋予涂膜良好的柔韧性和弹性;硬链段由氨酯键和交联剂提供,赋予涂膜高的抗张强度。共聚物的软硬链段比例直接影响着涂膜的抗张强度、伸长率等涂料性能。在合成聚氨酯弹性预聚物时加入少量多元醇作交联剂,可以增加氨酯键密度,提高涂膜的强度。多元醇用量对聚氨酯弹性涂层的影响见表4。

由表4可知,随着多元醇用量的增加,涂膜的抗张强度逐步提高,伸长率降低。这是由于引入少量的多元醇,增加了体系的氨酯键密度,提高了涂膜强度;但引入量过多,体系的交联密度过大,产生的内应力也相应增加,而导致涂膜的弹性下降。实验证明多元醇的加量为2%时,得到的聚氨酯弹性涂层综合性能好。

2.2.3异氰酸酉旨的影响
聚氨酯弹性体的硬性链段是以异氰酸酯为主体。异氰酸酯的选择对弹性体性能的影响起着决定性的作用。聚氨酯工业中常选用TDI作异氰酸酯组分,主要是利用TDI的2个一NCO基团反应活性的差异来制备相对分子质量分布均匀、结构规整、与树脂相容性好的弹性预聚物。不同结构的TDI对涂层的影响不同,纯2,4一TDI和80/20一TDI的对比试验见表5。

由表5可知,采用上述2种TDI对涂料的使用期、涂层的强度和弹’!生的影响无明显差异,但使用80/20一TDI的涂层干燥性能明显提高。这是因为在合成聚氨酯弹性预聚物时,一NCO不仅与一OH反应生成氨酯键,还与存在的微量水分反应生成少量的服基,服基在催化剂的作用能与一Nco发生进一步白恢反应[3]。由于80/20一TDI中有2,6一TDI的存在,与服基的进一步反应速度要比纯2,4一TDI快得多[4],从而加快涂膜交联的速度,缩短固化时间。因此选用80/20一TDI更为适合弹性地坪涂料施工的要求。

2.24聚氨酯预聚物R一NCO/OH的影响
聚氨酯预聚物R一NCO/OH的控制对聚氨酯弹性地坪涂料的性能有着重要的影响。当R一NCO/OH<2时,聚氨酯预聚物的相对分子质量较大,与环氧树脂的相溶性不好;随着R一NCO/OH的增加,预聚物相对分子质量变小、分布变窄、结构规整,与环氧树脂的相溶‘}生提高,涂膜干性好、机械’}生能提高;但当R一Nco/oH>2.4时,预聚物相对分子质量太小体系交联密度过大,易产生应力集中,同时过度交联也破坏了聚氨酯分子链的规整性,而导致机械性能下降I5]。试验证明当R一NCO/OH控制在2.3时,可以得到综合性能良好的涂层。

2.3配漆NCO/OH当量比的影响
确定适当的配漆NCO/OH当量比是制备双组分聚氨酯涂料的关键技术之一。NCO/OH当量比较小时,Nco不足以和OH反应,涂膜的干性不好;随着Nco/OH当量比的增加,涂层的交联密度增加、干燥时间缩短、耐水及耐化学品性提高;若NCO/OH当量比过大,尽管涂层的耐溶剂性提高,但由于交联密度过高,涂膜变脆,导致机械性能下降。本实验将NCO/OH当量比定为1.1。

2.4颜填料的影响
颜料在涂料中起着色的作用,在制备聚氨酯弹性地坪涂料时宜选用着色力高、耐化学介质及耐候性好的无机颜料。填料的加入可以使填料粒子与大分子柔性链段之间形成物理吸附[6],而使涂层的机械强度、耐磨性、遮盖力和耐化学腐蚀性得到提高,而且能降低涂层固化时的收缩率,并赋予涂料良好的贮存稳定性。

3结语
选用轻基含量和相对分子质量适中的E一20环氧树脂作为聚氨酯弹性地坪涂料的轻基组分(乙组分),可以得到综合性能好的涂层。采用PPG一1000聚醚、多元醇与过量的80/20一TDI反应,将R一NCO/OH控制在2.3时,可制得弹性好、强度高、与环氧树脂相溶性好的聚氨酯预聚物(甲组分)。使用时甲·乙两组分按NCO/OH=1.1配混。制得的聚氨酯弹性地坪涂料,除具有一般地坪涂料的性能外,尤为突出的是具有高强度、高弹性及优异的耐磨性,是现代工业理想的长效地坪涂料。

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