水性聚氨酯地坪涂料的研制

data-full-width-responsive="true"> 水性聚氨酯地坪涂料的研制□ 陈焕铭，刘江涛，吴勇，陈萍，胡娟(浙江传化涂料有限公司，杭州 311231)0 前言地坪涂料发展至今，因其具有优良的物理机械性能、电绝缘性能、耐化学腐蚀等性能，在国民经济的各个领域得到了广泛应用，其产量不断增加，质量不断提高，新品种不断涌现。目前我国涂料领域年消费地坪涂料占总消费量的32%。目前国内地坪涂料80%左右是溶剂型的，水溶性、高固体分、无溶剂及粉末涂料等低污染环保涂料所占比例很小。随着人们对生活水平的提高，对环保型地坪涂料也提出了更高的要求，不仅要满足溶剂型产品的性能要求，而且要在不同的场合能够进行施工。本文研发的水性聚氨酯地坪涂料就是一种能满足不同场合需求的地坪涂料，它不仅具有溶剂型地坪涂料的常规性能，而且同样可以在户外使用，其耐候性可以与溶剂型聚氨酯涂料相媲美。同时它用水代替了有毒有害的有机溶剂，具有无毒、不污染环境、节能等优点，受到了广泛关注。水性聚氨酯地坪涂料的使用，基本可以对空气实现有机溶剂的零排放，从而具有较高的社会效益。1 试验部分11 主要原材料羟基丙烯酸乳液、钛白粉、沉淀BaSO4、涂料专用耐磨粉、分散剂、去离子水、消泡剂1、消泡剂2、成膜助剂、润湿剂、防腐防霉剂、增稠剂1、增稠剂2、流平剂、固化剂。12 水性聚氨酯地坪涂料制造配方(见表1)制备工艺：将去离子水、分散剂及消泡剂1加入分散釜中搅拌均匀，依次加入钛白粉、沉淀BaSO4和涂料专用耐磨粉，搅拌均匀，高速分散约20 min，然后进行砂磨，至细度小于50 m后，转入调漆釜中，加入羟基丙烯酸乳液、成膜助剂、消泡剂2、润湿剂、流平剂和防腐防霉剂，用增稠剂1和增稠剂2调整黏度，检验性能合格后，过滤，包装。13 水性聚氨酯地坪涂料性能检测(见表2)2 结果与讨论21 水性聚氨酯地坪涂料成膜机理双组分水性聚氨酯地坪涂料的成膜过程包括物理成膜过程和化学成膜过程。其中物理成膜过程主要指水分的挥发，化学成膜过程是固化剂组分与预聚体多元醇组分之间进行交联反应形成的网状结构。物理成膜过程比较简单，这里主要探讨化学成膜过程。化学成膜过程涉及到固化剂中的NCO基团与多元醇的反应，以及与水和羧基等带活泼氢等基团之间的反应，过程比较复杂，成膜过程中的具体反应如下：环境的温度、湿度以及体系中催化剂的用量、基团的反应活性对反应速率有很大的影响。其中温度和湿度决定水分的挥发状况，催化剂的加入可有效加快NCO与OH的反应，同时延缓NCO与水及其他基团的反应。水性双组分聚氨酯地坪涂料的主副反应及其影响参数，决定双组分体系的活化期、施工、应用、成膜和干燥过程。22 水性聚氨酯乳液的选择双组分水性聚氨酯的交联密度大，涂膜性能优异，但由于目前水性聚氨酯制备技术的局限性，以及材料本身的线性结构特征，使得所制备材料的性能与溶剂型相比，还有些差异，如固含量低、涂膜干燥速度较慢等。因此必须对水性聚氨酯进行适当改性以获得性能优异的羟基树脂组分。水性聚氨酯的改性方法包括丙烯酸改性、环氧改性、植物油改性以及有机硅改性等。其中丙烯酸树脂具有良好的保光、保色、耐老化、耐候性能，又具有较高的机械强度；聚氨酯有优异的耐寒、耐溶剂、耐腐蚀、耐磨、柔韧性能及可低温固化等优点，但其原料价格较贵，采用丙烯酸改性的方式，在提高产品性能的同时降低了生产成本。23 固化剂用量的讨论化学成膜过程中固化剂组分的NCO与多元醇组分的OH反应，形成交联网状结构，固化剂用量的多少，直接影响涂膜中的交联密度，进而影响涂膜的性能。表3为固化剂实际用量与理论用量比例对成膜过程及涂膜性能的影响。随着固化剂用量的增加，涂膜中生成的硬段氨基甲酸酯基和脲基数量增加，形成的氢键也随之增加，使分子间极性提高，导致涂膜硬度增大、附着力提高。但固化剂用量少有利于延长表干时间，改善涂膜外观。若固化剂用量比例超过13，涂膜中残余的NCO会与水发生副反应，生成的CO2滞留在涂膜内，使涂膜中带有气泡，影响涂膜外观和性能，且固化剂的成本较高，因此在涂装时选择适宜的固化剂用量要综合考虑涂装工艺、涂膜性能及成本因素。通过试验对比，固化剂适宜的用量比例是13。24 消泡剂的应用水性聚氨酯涂料，特别是双组分聚氨酯涂料，因为在涂膜固化的过程中有NCO与水的副反应，会导致大量气泡产生，严重影响涂膜外观。因此在清漆的配制过程中消泡剂的使用是必不可少的。有机硅类消泡剂在聚氨酯涂料中是应用得最多的，效果也是最好的。试验选用有机硅类消泡剂BYK-028，考查其用量对双组分水性聚氨酯涂膜性能的影响，表4为固化剂用量比例为13时消泡剂的用量对涂膜性能的影响。消泡剂的用量在01%～03%时涂膜表面有气泡，消泡效果不好。在04%～05%时，涂膜表面无气泡，较为平滑。当大于 05%时，涂膜表面出现缩孔。所以消泡剂的用量在04%～05%时，既可以得到很好的消泡效果，又不会产生缩孔、鱼眼等副作用，使涂膜表面平滑，而且对附着力也无影响。25 施工温度的选择在涂膜固化过程中，温度不仅影响涂料中水分的挥发速度，同时也影响到体系中的交联反应速率，对涂膜的性能有很大影响。通过试验探讨了不同的固化温度对双组分水性聚氨酯涂膜性能的影响，其结果如表5所示。在0～45 ℃范围内，随温度升高，涂膜硬度、耐溶剂性能有很大提升，表干时间也较快。但温度升高，引起NCO与水的副反应速率加快，产生大量气泡，同时由于温度升高，水分挥发速率也加快，使得涂膜的表干时间降低，大量气泡被封在膜内，影响涂膜的外观和性能。而在0 ℃的时候，由于温度太低，反应活性很慢，从而导致涂膜性能相对较差。所以综合性能与外观，施工温度范围在5～35 ℃，最适宜使用温度为25 ℃。26 配套性水性聚氨酯地坪涂料与水性环氧底漆及水性环氧中间漆配套使用[5]。因其VOC含量低，涂膜具有极佳的附着力、抗腐蚀性、抗划伤性和耐磨性，同时涂料具有良好的贮存稳定性，深受广大客户的好评。27 产品特点(1)水性聚氨酯地坪涂料能够直接用水稀释，有效减少VOC对环境的影响。(2)水性聚氨酯地坪涂料能在户外进行使用，丙烯酸改性聚氨酯具有高耐候性，增加使用范围。(3)水性聚氨酯地坪涂料涂膜致密，具有优异的耐化学性、耐磨性及耐水性。(4)水性聚氨酯地坪涂料具有良好的贮存稳定性。3 结语本文对水性聚氨酯地坪涂料的原材料进行了深度筛选，合理搭配，通过选用带羟值的丙烯酸分散体，利用高耐磨、高耐压的体质填料，加入消泡剂、流平剂、防腐防霉剂和增稠剂等功能性助剂来制成甲组分，按客户要求调制成各种颜色、风格各异的水性聚氨酯地坪涂料，选用基于六亚甲基二异氰酯(HDI)的亲水性脂肪族聚异氰酸酯作为乙组分。产品具有卓越的耐水性、耐化学性、耐磨性和良好的贮存稳定性，可直接加水涂装，具有明显的节能优势和突出的社会效益。