聚氨酯弹性地坪涂料聚氨酯弹性地坪涂料大桥利恵

聚氨酯弹性地坪涂料,聚氨酯弹性地坪涂料

1.7.1 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-30～50℃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，再与作烃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。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1.7.2 实验部分1.7.2.1 原料环氧树脂，E-20，线型聚醚，PPG-100；多元醇，工业品；80/20-TDI，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。1.7.2.2 聚氨酯弹性预聚物的制备将配方量的PPG-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40℃，再加入80/20-TDI，缓慢升温至90℃保温5h，测得NCO值达理论值，加入流平剂，即可降温出料。1.7.2.3 聚氨酯弹性地坪涂料的制备该涂料为双组分，羟基固化常温干燥的聚氨酯弹性地坪涂料。甲组分：为端-NCO的聚氨酯弹性预聚物。乙组分：为羟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-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NOC/OH=1.1配比。1.7.2.4 性能测试聚氨酯弹性地坪涂料主要性能测试结果见表1-7-1。表1-7-1 聚氨酯弹性地坪涂料的主要性能1.7.3 结果与讨论1.7.3.1 环氧树脂的影响采用环氧树脂作双组分地坪涂料的羟基组分，利用环氧树脂分子中的仲羟基与异氰酸酯反应，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。由羟基化合物与异氰酸酯反应的动力学得知，反应物的羟基浓度与反应速度成正比，而在该反应中，只是羟基参与反应，环氧基并未结合。因此，选用羟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1-7-2。由表1-7-2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，尽管羟基含量高，但体系的混溶性能变差。因此选用羟基含量和相对分子质量适中的E-20作为体系的羟基组分，得到的涂层综合性能最佳。1.7.3.2弹性预聚物对涂料性能的影响1.7.3.2.1 聚醚的影响含端羟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。聚酯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，并使得聚氨酯在涂料基体中形成橡胶分散相，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1-7-3。由表1-7-3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，聚氨酯中的醚键增多，软段比例提高，体系的柔韧性增大；同时聚醚分子链上羟基数目相对减少，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-1000聚醚来制备弹性预聚物，以获得强度高、弹性好的涂层。1.7.3.2.2 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1-7-4。由表1-7-4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。1.7.3.2.3 异氰酸酯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-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-TDI和80/20-TDI的对比试验见表1-7-5。由表1-7-5可知，采用上述2种TDI对涂料的使用期、涂层的强度和弹性的影响无明显差异，但使用80/20-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，-NCO不仅与-OH反应生成氨酯键，还与存在的微量水分反应生成少量的脲基，脲基在催化剂的作用能与-NCO发生进一步的反应。由于80/20-TDI中有2，6-TDI的存在，与脲基的进一步反应速度要比纯2，4-TDI快得多，从而加快涂膜交联的速度，缩短固化时间。因此选用80/20-TDI更为适合弹性地坪涂料施工的要求。1.7.3.2.4 聚氨酯预聚物R-NCO/OH的影响聚氨酯预聚物R-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-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-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性提高，涂膜干性好、机械性能提高；但当R-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。试验证明当R-NCO/OH控制在2.3时，可以得到综合性能良好的涂层。1.7.3.3 配漆NCO/OH当量比的影响确定适当的配漆NCO/OH当量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。1.7.3.4 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，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。1.7.4 小结选用羟基含量和相对分子质量适中的E-20环氧树脂作为聚氨酯弹性地坪涂料的羟基组分，可以得到综合性能好的涂层。采用PPG-1000聚醚、多元醇与过量的80/20-TDI反应，将R-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。使用时甲、乙两组分按NCO/OH=1：1混配。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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