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随着我国环保法规对涂料中挥发性有机物质(VOC)含量的限定,开发水性木器涂料是大势所趋。现阶段用来制备水性木器涂料的乳液主要有水性聚氨酯(PU)乳液、水性丙烯酸酯(PA)乳液及丙烯酸酯改性水性聚氨酯分散体(PUA)。PU乳液制备的水性木器涂料硬度不高、耐化学性差。PA乳液玻璃化温度较高,在常温下一般不能成膜,在配制水性木器涂料时需加入成膜助剂。PUA分散体结合了PU与PA乳液的优点,但其配制的水性木器涂料在硬度及漆膜综合性能上还是不能完全满足我国家具行业的需求。因此,本文的研究目的是合成一种硬度、耐化学性能均优于PUA分散体的室温自交联PUA分散体。该种自交联PUA分散体能在室温成膜时发生交联,硬度高、耐化学性能好。
本文以聚醚二元醇(N220)、甲苯二异氰酸酯(TDI)、三羟甲基丙烷(TMP)、二羟甲基丙酸(DMPA)、环氧树脂(E-20),甲基丙烯酸甲酯(MMA)等为原料合成了性能稳定的丙烯酸酯改性水性聚氨酯分散体(PUA)。并在此基础上,分别通过双丙酮丙烯酰胺(DAAM)引入酮羰基,己二酸二酰肼(ADH)引入肼基,合成了综合性能好的室温自交联PUA分散体。
在PUA分散体方面,研究了NCO/OH(初)摩尔比、NCO/OH(总)摩尔比、环氧树脂(E-20)含量、二羟甲基丙酸(DMPA)含量、甲基丙烯酸甲酯(MMA)含量等因素对水性PUA分散体性能的影响；在自交联水性PUA分散体方面,研究了DAAM/MMA百分比、ADH/DAAM摩尔比对分散体性能的影响,还讨论了DAAM的加料方式；在反应工艺方面,研究了初聚温度,初聚反应时间,醇扩链温度,分散温度,分散工艺等因素。
确定的最优工艺条件如下:NCO/OH(初)摩尔比为10～12,NCO/NCO(总)摩尔比为1.2～1.4,TMP/PU百分比为2.5％～3.5％,DMPA/PU百分比为5％～6％,E-20/PU百分比为5％～7.5％,MMA/PU百分比为25％,中和度为90～95％,NH2/NCO摩尔比为0.3～0.5,DAAM/MMA百分比为10％,ADH/DAAM摩尔比为0.8～1.0。预聚反应温度为75～80℃,醇扩链温度为70～75℃,亲水性单体扩链温度为65～70℃,乳化中和温度为35～40℃,乳液聚合温度为65～70℃。初聚反应时间为2h,醇扩链时间为1.5h,亲水扩链反应时间为3～4h,乳液聚合时间为2～3h。DAAM溶于MMA中,在预聚结束降温后加入。ADH在整个分散体制备完成后加入。
通过傅立叶红外光谱(FT-IR),差热扫描量热仪(DSC)、水接触角测量仪、原子力显微镜(AFM)及马尔文粒度仪对PUA分散体及室温自交联的PUA分散体进行了表征,结果表明酮肼间发生了交联反应。将室温自交联的PUA分散体与PUA分散体的性能进行比较,发现前者具有优越的硬度及漆膜综合性能,且自交联PUA分散体无需加热,在室温下成膜时能发生交联,节省了能源。由此可以预见,此分散体必将在水性木器涂料中有着广阔的应用前景。