WPU消光树脂的研究进展

发布时间:2019-12-13

一、WPU消光树脂

Thometzsk等介绍了一种制备低光泽粉末涂料的方法,并对影响光泽度的因素进行探讨。相比较而言,液体涂料更容易制备低光泽的涂层,因为湿性涂料在干燥的时候颜料和助剂会沉积到涂膜表面,这些微粒形成的粗糙度很容易产生理想的低光泽度。WPU亚光涂料的主要制备方法是在WPU分散体中加入二氧化硅消光剂,配合消泡剂、固化剂、增稠剂和流平剂进行制备。消光型合成革用WPU涂饰剂的制备方法也是加入消光粉使涂饰剂产生消光作用。

二氧化硅作为消光剂具有一系列优点:化学性质稳定、消光效率高、透明性好、加入量少以及储存性好。二氧化硅消光剂主要有气相二氧化硅、沉淀二氧化硅和气凝胶二氧化硅。但二氧化硅在用作消光剂时,其颗粒的孔体积、平均粒径及粒径分布、干膜厚度以及颗粒表面是否经过处理等因素,都会影响消光效果。添加消光剂降低涂料光泽度的同时也带来不少缺点,如乳液的稳定性降低、黏度增大;制得的涂层脆性增大,易破碎脱落,抗蚀性和耐刮性、耐弯折性等性能特性下降。分别对采用消光乳液和添加传统消光粉制得的水性哑光清漆性能进行研究,发现随着消光粉添加量的增加,清面漆的黏度迅速减少,增稠性、通透性和沉降性均不如基于消光乳液的清面漆。

聚氨酯是极性弹性体,与二氧化硅的相容性差。因此,在制备过程中需要使用助剂或者经有机改性的二氧化硅消光剂,使二氧化硅消光剂稳定且均匀分散在WPU分散体中。因此,导致生产工艺繁琐且成本增加。

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二、WPU自消光树脂

自消光树脂就是不添加任何消光剂、消光粉,树脂自身就能产生低光泽的效果。

研制出了一种不添加消光剂,只在制备时产生一种类似微球结构的规整的聚氨酯粒子,以此来制备出较粗糙的聚氨酯胶膜,产生预期的消光效果。制得WPU自消光树脂,以异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、聚四氢呋喃二醇(PTMG)、二羟甲基丙酸(DMPA)为预聚物反应单体,2-[(2-氨乙基)氨基]乙磺酸钠(A95)、水合肼为后扩链剂,铋酸作催化剂,三乙胺(TEA)为中和剂制得不用添加消光剂的自消光树脂。将制得的WPU消光树脂膜作扫描电镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)分析,发现WPU膜表面有大量的球形颗粒,表面有大量的凸起,微观表面粗糙,粒径分布宽。这些表面微观结构是产生低光泽最重要的条件。用该方法制得的WPU自消光树脂的消光性符合消光原理。用光泽计测定涂膜的光泽度属于平光范围。实验结果表明:预聚体采用分段加热的方法,催化剂用量为0.016%,采用水合肼做扩链剂且添加量控制在45%左右、DMPA为2.6%(wt。质量分数,下同),分子量1000的PT-MG为软段,A95为0.084%,R值在1.7~2.1之间时制得的聚氨酯可以获得稳定性优异的乳液和平光效果良好的WPU涂膜。

开发了WPU自消光树脂的制备方法,即引入了可吸收光线的丙烯酸接枝类物质,使WPU树脂耐水性、耐溶剂性极大提高。开发了一种自消光型WPU树脂,当涂膜干燥失水后,表面微观粗糙度增大,光泽度降低,达到消光效果。合成了一种具有交联结构较大粒径的聚氨酯A组分,使其与粒径较小的B组分进行混合,得到了自消光型皮革WPU涂饰剂。

制备了一系列的聚丙烯酸系消光乳液,包括聚氨酯-丙烯酸酯复合消光乳液。首先制备出具有乳化性能的水分散聚氨酯,再通过半连续乳液聚合的方法合成WPU-丙烯酸酯复合乳液。透射电镜(TEM)测试结果表明采用N,N-二甲基乙醇胺中和后,乳胶粒子形貌由原来的核壳结构变成不规则的半月形。聚氨酯含量高时,由于两相间的相容性差异,乳胶粒形成微相分离,促使乳液成膜时产生不均匀收缩,形成的涂膜表面呈现出凹孔结构,产生消光。

三、WPU自消光树脂的改性

WPU自消光树脂不添加消光剂,其耐水性、热稳定性等均较差,为了提高WPU消光树脂的综合性能,扩大使用范围,须对其进行改性研究。

以环氧树脂(EP)作为交联改性剂,充分利用EP的羟基和环氧基参与反应,合成了EP交联改性的WPU自消光树脂。EP具有高模量、高强度、粘附力强、成型收缩率低和化学稳定性好等优点,用改性后的WPU消光树脂涂膜的机械性能、耐热性、耐水性和耐溶剂等性能明显提高。对WPU树脂改性前后的性能进行测试分析,改性后的WPU胶膜,随着EP含量的增加,吸水率下降,水接触角增大,耐水性提高;未交联改性的WPU久置后有沉淀(可再分散),而EP改性后的WPU加入去离子水乳化后,可形成规整微球型稳定乳液,但当EP含量过高,稳定性变差;5.0%EP含量最合适,改性后的WPU消光树脂的消光性能和乳液稳定性好。

用环氧树脂改性高固含量WPU消光树脂,探讨影响高固含量的主要因素,并对WPU胶膜的表面微观形貌、消光性能、耐水解性、热性能、力学性能和擦牢度等进行研究,发现经过环氧树脂的改性,WPU胶膜表面微观粗糙,符合消光条件,且综合性能优异。

WPU消光涂料的发展速度很快,但在应用上还存在一些问题。不添加消光剂的消光树脂,避免了因消光剂的介入带来对性能的影响,同时也能达到同二氧化硅等消光剂存在时一样的性能,这是突破和改进。当然这种方法制得的树脂,性能还不够完善,所以需要再进一步的改进。未来,需要加强对生产工艺简便、性能优良消光树脂的开发,制备更加优异的WPU涂料。

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