蓖麻油對水性聚氨酯丙烯酸酯乳液的影響

　　隨著人們對環境、健康和可持續性發展的關注度進一步提高,各國環保法規進一步嚴格要求,水性木器涂料的發展是大勢所趨。但是水性木器涂料在使用過程中存在硬度較低、耐水性和耐化學品性能不好、涂膜機械性能不佳和豐滿度不高等缺陷。因此,利用交聯改性,通過化學鍵的形式將線型的聚氨酯大分子鏈接在一起,形成具有網狀結構的樹脂,提高涂料成膜時的致密度,使其性能得到改善。蓖麻油是脂肪酸的三甘油酯,脂肪酸中90%是蓖麻油酸(9-烯基12-羥基十八酸),分子結構中帶有羥基,平均官能度為2.7,將蓖麻油代替聚醚二醇或聚酯二醇,合成蓖麻油聚氨酯-丙烯酸酯(CPUA),可提高PUA的交聯度[2]。蓖麻油脂肪酸中的不飽和碳碳雙鍵能提供水性聚氨酯與丙烯酸酯單體共聚反應的接枝活性點,殘留的碳碳雙鍵可通過氧化交聯提高聚合物的交聯度,進一步改善涂膜性能。國內關于將蓖麻油用于制備CPUA的相關文獻不多[3],也未見到比較全面地考察蓖麻油用量對乳液及涂膜各種性能影響的相關報道。本文以蓖麻油為原料合成了性能優異的水性聚氨酯丙烯酸酯復合乳液,重點探討了蓖麻油的添加量對CPUA復合乳液多種性能的影響。

    1實驗部分

    1.1原料與試劑

    異佛爾酮二異氰酸酯(IPDI):工業品,進口;聚醚多元醇(N220,相對分子質量2000):工業品,南京金陵石油化工公司;蓖麻油(C1O):分析純,天津化學試劑三廠;1,4-丁二醇(BDO):工業品,日本三菱公司;二羥甲基丙酸(DMPA):工業品,Perstorp公司;甲基丙烯酸甲酯(MMA):工業品,進口;N-甲基吡咯烷酮(NMP):工業品,BASF公司;三乙胺(TEA)、乙二胺(EDA)、丙酮:分析純,使用前用4A分子篩干燥處理;偶氮二異丁腈(AIBN):化學純,上海三浦化工有限公司;二月桂酸二丁基錫(DBTDL):分析純,廣州化學試劑廠。

    1.2水性聚氨酯丙烯酸酯復合乳液的制備

    將(C.O.)、N220和IPDI加入到裝有溫度計、攪拌裝置和回流冷凝器的1000mL四口燒瓶中,加入少量的DBTDL,在60～70℃反應一段時間,然后添加1,4-丁二醇進行擴鏈反應,反應至—NCO基達到規定值,加入DMPA,在70～80℃反應至—NCO基達到規定值,即得到聚氨酯(PU)預聚體。冷卻后添加配方量的MMA稀釋,然后加入三乙胺中和及乳化,加入乙二胺擴鏈得到PU/MMA乳液。將上述乳液加熱升溫至70～80℃,在3h內均勻滴加引發劑溶液,保溫1～2h,測量MMA的轉化率,直至轉化率保持不變,降溫出料,用200目篩網過濾,濾液即為水性聚氨酯-丙烯酸酯復合乳液。

    1.3分析與測試

    (1)—NCO殘余含量的測定

    采用二正丁胺法測定殘余—NCO含量。

    (2)涂膜吸水率的測試

    將試樣緩慢地倒入四氟乙烯模板中,使其成為均勻、無氣泡涂膜。室溫干燥24h后,在50℃恒溫干燥箱內干燥48h,冷卻后將膜取下。將制好的膜稱質量,浸泡于25℃的蒸餾水中,在設計的時間取出,用濾紙吸干表面水分后稱質量,按下式計算吸水率:

    吸水率=(m1-m2)/m2×100%

    m1—吸水后試樣質量;m2—吸水前試樣質量

    (3)拉伸強度和斷裂伸長率的測量

    采用拉力機檢測拉伸強度和斷裂伸長率,拉伸速度為500mm/min。在恒定溫度和濕度(21℃,50%相對濕度)的條件下干燥后,進行拉伸測試,記錄試樣的最大拉伸強度和斷裂伸長率。

    (4)耐水性測試

    參照GB/T9274—1988中的點滴法,將A種涂膜試板置于水平位置,在涂膜上滴加室溫蒸餾水或沸水數滴,觀察是否有失光、變白、起泡、起皺、脫落等現象。

    (5)耐醇性測試

    按照GB/T9274—1988測定。

    (6)硬度測試

    按照GB/T1730—1993測試擺桿硬度。

    (7)黏度測定

    用BrookfieldDV-Ⅱ+型旋轉黏度計測定黏度,轉速75r/min,根據黏度大小調節轉子大小,使黏度在標準誤差范圍之內。

    (8)柔韌性

    根據GB/T1731—1993測定膠膜的柔韌性。

    (9)乳液貯存穩定性

    根據GB/T675313—1986,采用人工加速貯存來測試乳液的貯存穩定性。取大約200g乳液置于廣口瓶內,塞緊瓶口,置于恒溫干燥箱內,在(50±2)℃下,貯存30d。檢查是否有凝聚物及凝聚物量。

    (10)附著力

    根據GB/T1720—1979(1989)測定膠膜的附著力。