耐磨水性聚氨酯消光树脂的制备与应用

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尽管现有的新型自消光型水性聚氨酯(WPU)解决了消光剂所带来的相容性差、脆性增大和消光剂的沉淀等问题,但是其涂膜耐磨性、耐刮性较差,限制了其广泛应用。因此,制备兼具优异消光性和耐磨性的WPU涂料具有重要意义。本研究通过调节WPU的交联度和微相分离,提高了自消光型WPU的耐磨性能,并引入两种有机硅,羟基封端聚二甲基硅氧烷(PDMS)和N-2-氨乙基-3-氨丙基三甲氧基硅烷(KH-792),以降低WPU表面能和增大其交联度,进一步增强了自消光型WPU的耐磨性能。首先以三种聚二元醇(聚四氢呋喃二醇、聚碳酸酯二醇、聚己二酸新戊二醇酯二醇)、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、二羟甲基丙酸(DMPA)、交联剂三羟甲基丙烷(TMP)和中和剂三乙胺(TEA)制备预聚体,然后选用水合肼作为后扩链剂制备WPU消光树脂。利用红外光谱、光泽度仪、TABER耐磨仪、环境扫描电子显微镜(SEM)、热重分析仪、万能试验机、原子力显微镜、3D光学轮廓仪等对乳液和涂膜性能进行表征和分析。探讨了不同聚二元醇、R值和TMP含量对WPU乳液和涂膜性能的影响。结果表明:红外谱图显示WPU已成功合成,且以聚碳酸酯二醇为软段制备的WPU综合性能最好。AFM、SEM和3D光学轮廓仪表明涂膜表面形成了粗糙的微观结构。当R值为1.5,TMP含量为0.9 wt%时,涂膜表面光泽度达到平光级,且耐磨性能最好。其次,将PDMS和KH-792通过化学共聚方法将其引入到WPU分子链中,以进一步提高WPU的耐磨性。利用红外光谱、光泽度仪、TABER耐磨仪、SEM、热重分析仪、3D光学轮廓仪、表面接触角测试仪等对乳液和涂膜性能进行表征和分析。考察了PDMS分子量、PDMS含量、DMPA含量和KH-792含量对WPU乳液和涂膜性能的影响。研究表明:红外光谱证明了PDMS成功引入到WPU分子链中。当PDMS分子量为1000,PDMS含量为6 wt%,DMPA含量为2.2 wt%,KH-792含量为40 mol%时,涂膜表面光泽度达到平光级,且耐磨性能优秀。最后将自制的WPU-A3、WPU-B2、WPU-K1和WPU-K2配制成WPU涂料,应用与PVC和PU合成革,与市面上两款消光涂料WR-8394A和Stahl-549对比。探讨了不同涂料在表面形貌、消光性、耐磨性、吸水率、抗粘连性、耐揉搓性、耐折牢度、耐擦牢度和附着力等的区别。结果表明:在以上涂料中,WR-8394A的耐磨性最差,WPU-K2的耐磨性仅次于Stahl-549,而其他性能与Stahl-549相近。
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