HMMM交联剂与两种树脂复配固化成膜条件及性能研究

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水性涂料因其绿色环保、高安全性等特性备受关注;甲醚化三聚氰胺甲醛树脂作为涂料交联剂应用,市场需求量大。以甲醚化三聚氰胺甲醛树脂为交联剂,研究其与主流涂料成膜物质的交联性能,对于水性涂料应用中甲醚化三聚氰胺甲醛树脂的性能优化方向以及相关水性涂料配方设计具有重要意义。基于合作企业技术需求,本文选择水性丙烯酸树脂、水性聚氨酯分别与甲醚化三聚氰胺甲醛树脂复配交联固化成膜:a)讨论主要影响因素对固化膜各项性能的影响;b)采用正交实验设计优化固化成膜固化条件;c)分别对比固化膜与水性丙烯酸树脂、水性聚氨酯各项性能差异。为甲醚化三聚氰胺甲醛树脂在水性涂料领域的应用提供理论指导。研究结果如下:1、水性丙烯酸树脂与甲醚化三聚氰胺甲醛树脂复配交联固化成膜,优化固化条件为:水性丙烯酸树脂与甲醚化三聚氰胺甲醛树脂固体分比3:1,固化时间40min,固化温度145℃。在此优化固化条件下:固化膜光泽度为71.3Gs,附着力为1级,柔韧性为1mm,硬度为2H,厚度为22μm,吸液率(盐)为4.6%,吸液率(酸)为37.4%,吸液率(碱)为9.9%,吸液率(醇)为33.9%,吸水率为9.5%,交联度为97.0%。较之水性丙烯酸树脂,固化膜吸水率显著降低,交联度明显提高。固化膜中含有-NH-、-OH、羰基、三嗪环、醚等官能团。2、水性丙烯酸树脂与甲醚化三聚氰胺甲醛树脂复配固化膜热分解大致分为四个阶段,300~460℃为固化膜主要热解阶段,该阶段较之水性丙烯酸树脂热失重变化差异明显。采用FWO法、KAS法、Starink法、C-R法计算得到固化膜在主要热解阶段的机理函数为G(α)=(1-α)-1-1,反应机理属于化学反应,反应活化能为224.80k J·mol-1,指前因子为3.56×1016 min-1。随着相对转化率的增加,反应活化能呈先减小后增大的趋势。3、水性聚氨酯与甲醚化三聚氰胺甲醛树脂复配交联固化成膜,优化固化条件为:水性聚氨酯与甲醚化三聚氰胺甲醛树脂固体分比7.0:1,固化时间60min,固化温度145℃。在此优化固化条件下:固化膜光泽度为81.7Gs,附着力为1级,柔韧性为1mm,硬度为4H,厚度为21μm,吸液率(盐)为1.9%,吸液率(酸)为1.1%,吸液率(碱)为0.9%,吸液率(醇)为82.6%,吸水率为1.7%,交联度为93.6%。对比水性聚氨酯,固化膜吸液率(醇)有明显差异,吸水率稍有降低,交联度稍有提高。固化膜中含有三嗪环、醚等官能团。4、水性聚氨酯与甲醚化三聚氰胺甲醛树脂复配固化膜热失重变化对比水性聚氨酯在第三阶段差异明显,采用FWO法、KAS法、Starink法、C-R法计算得到固化膜在260~360℃,第三阶段的机理函数为G(α)=[(1-α)-13-1]~2,符合Z-L-T方程,反应机理为三维扩散,反应活化能为276.00k J·mol-1,指前因子为1.76×1022min-1。随着相对转化率的增加,反应活化能迅速减小。将水性丙烯酸树脂、水性聚氨酯分别与甲醚化三聚氰胺甲醛树脂复配交联固化成膜,优化固化条件下复配固化膜的综合性能皆有所改善。水性丙烯酸树脂与甲醚化三聚氰胺甲醛树脂复配固化膜在主要热解阶段的反应活化能均高于水性丙烯酸树脂,表明固化膜在该阶段的热稳定性优于水性丙烯酸树脂,甲醚化三聚氰胺甲醛树脂交联剂的应用有助于提高该涂膜的热稳定性。对甲醚化三聚氰胺甲醛树脂产品在水性涂料应用方面具有重要理论指导意义。
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