氨基硅烷偶联剂改性水性聚氨酯木器涂料的研制

      目前我国所用的聚氨酯涂料绝大部分为溶剂型， 从安全和环保的角度考虑， 溶剂型聚氨酯涂料存在许多不足甚至是危害之处。 水性聚氨酯以水为基本介质， 具有不燃、 气味小、 不污染环境、 节能、 操作加工方便等优点， 因而获得了越来越广泛的应用。 但目前水性聚氨酯木器涂料还存在耐水性、 与基材的附着力不够强及硬度与应用性能要求不相适宜等缺点， 较大程度地影响了它的推广应用。 为此， 本研究采用氨基硅烷偶联剂改性聚醚型水性聚氨酯， 制得了优异性能的水性聚氨酯木器涂料。 该制备方法可操作性好， 具有很好的推广应用价值。

1 实验部分

1.1 主要原材料

      聚醚二醇， 羟值为， 甲苯二异氰酸酯： 工业级；—二羟甲基丙酸:工业级； 氨基硅烷偶联剂： 工业级； 三乙胺。

1.2 水性聚氨酯木器涂料的配方

1.2.1 预聚体的配方（ 见表 1）

1.2.2 改性水性聚氨酯木器涂料基本配方（ 见表 2）

1.3 水性聚氨酯木器涂料的制备工艺

1.3.1 原材料的预处理

      分别将N210和DMPA在120度，4kPA条件下真空脱水， 然后密封保存备用。

1.3.2 预聚体的合成

      在带有高速分散机、 温度计及高纯氮气保护的密闭反应器中加入经化学计量的TDI； 将一定量的DMPA和经化学计量的N210的混合物加热到120度， 使DMPA溶解， 冷却后， 分批加到上述反应器中， 在70度下搅拌反应4H， 得到聚氨酯预聚体。

1.3.3 聚氨酯乳液的制备

      将少量的三乙胺和氨基硅烷偶联剂混溶于5度的去离子水中， 缓慢加入上述预聚体高速剪切乳化30min， 加入定量的消泡剂， 分散均匀后， 得到固含量33%左右的氨基硅烷偶联剂扩链的水性聚氨酯乳液。

1.3.4 木器涂料的制备

      将水、 分散剂、 防霉剂、 消泡剂等混合均匀后， 高速分散15min； 加入上述聚氨酯乳液及其它助剂， 用流平触变剂调整到适当粘度即可。

1.4 性能测试方法

     （1）红外测定： 采用美国Analect公司的RFX-65傅立叶红外光谱转换光谱仪进行测定。

     （2） 表面水接触角的测量： 采用日本Kyowa公司生产的G-1型角度计式接触角测定仪进行测试。 采用去离子水，将水滴滴于薄膜表面1min后进行测试， 每个样品取相互间距5mm的3个点进行测量， 共6次读数， 取算术平均值。

     （3）拉伸强度和断裂伸长率： 参照JC 500-92《 聚氨酯防水涂料》， 采用XLL-60型拉力试验机进行测试， 拉伸速度为100mm/min。

     （4）固含量： 按GB/T1725-89进行测试。

     （5）硬度： 采用LX-A型橡胶硬度计进行测试。

     （6）附着力： 按GB 1720-79进行测试。

2 结果与讨论

2.1 红外谱图分析

      硅烷偶联剂改性的水性聚氨酯涂膜的红外光谱见图 1。由图1可以看出：3279cm-1处为N—H 的伸缩振动峰、1643cm-1处为脲基中 C=O 的伸缩振动峰、),1726cm-1处为氨酯基中 C=0 的伸缩振动峰 、1103cm-1处 为 C—O—C的伸缩振动峰， 说明聚合产物中有脲键和氨酯键存 在 ； 1090cm-1的弯曲振动峰） 和1103cm-1的伸缩振动峰）附近可以看出吸收峰明显变宽， 是Si—O—Si的弯曲 振 动 和 C—O—C 的伸缩振动的重叠峰 1250cm-1处为CH2-Si中 的—CH2—的弯曲振动峰 ，803cm-1处 为CH2-Si中的—CH2—的摆式振动峰， 这些都说明聚合物中存在有机硅。

2.2 硅烷偶联剂用量对涂膜表面水接触角的影响

      内乳化型水性聚氨酯， 由于在分子链中引入了亲水性基团， 因此， 成膜物的吸水性往往都很强， 这是作为木器涂料最大的缺点之一， 采用氨基硅烷偶联剂改性水性聚氨酯的目的就是希望能提高其耐水性。 表3中列出了室温25度下测得的KH-550改性水性聚氨酯涂膜表面的水接触角。

      从表3可以看出， 在水性聚氨酯中引入少量的硅烷偶联剂其水接触角明显增大。 硅烷偶联剂的一端与异氰酸酯封端的聚氨酯预聚体分子的主链相接（-NH2与NCO反应）， 另一端的Si-O链则伸展到基层表面， 从而在硅烷偶联剂改性的树脂中表现出有机硅的特性。 在干燥成膜时， 硅烷偶联剂改性的水性聚氨酯中硅氧烷水解、 缩聚， 结果在聚合物之 间以及聚合物和基材之间形成牢固的互穿网络立体交联结构，从而使漆膜具有优异的憎水性及粘附力。

2.3 硅烷偶联剂用量对涂膜力学性能的影响

      拉伸强度和断裂伸长率是衡量水性聚氨酯涂膜力学性能的重要指标。 表4为KH-550用量对改性水性聚氨酯涂膜的拉伸强度、 断裂伸长率的影响。 从表4可以看出， 硅烷偶联剂的使用使聚氨酯涂膜的拉伸强度略有增加， 断裂伸长率略有下降。 这可能是因为随着硅烷偶联剂用量的增加， 材料的交联度增大， 从而使拉伸强度稍有上升， 断裂伸长率略有下降。

3 改性水性聚氨酯木器涂料的基本配方及性能指标

      通过试验T 确定了改性水性聚氨酯木器涂料的最佳基本配方为：60：34：6：1。 其技术性能如表 5 所示。

      从表5可以看出， 本项目研制的硅烷偶联剂改性水性聚氨酯木器涂料具有优良的耐水性、 力学性能和附着力， 有望在木器涂料领域得到广泛应用。

4 结 论

     （1） 在无溶剂的条件下， 采用扩链的方式制得氨基硅烷偶联剂改性的水性聚氨酯乳液， 通过配以分散剂、 防霉剂、 消泡剂等助剂， 制成了稳定的水性聚氨酯木器涂料。

     （2）以硅烷偶联剂改性的水性聚氨酯乳液制得的木器涂料， 具有优良的耐水性、 附着力和力学性能等， 且该制备方法操作性好， 具有良好的推广应用前景。