蓖麻油对水性聚氨酯丙烯酸酯乳液的影响

　　随着人们对环境、健康和可持续性发展的关注度进一步提高,各国环保法规进一步严格要求,水性木器涂料的发展是大势所趋。但是水性木器涂料在使用过程中存在硬度较低、耐水性和耐化学品性能不好、涂膜机械性能不佳和丰满度不高等缺陷。因此,利用交联改性,通过化学键的形式将线型的聚氨酯大分子链接在一起,形成具有网状结构的树脂,提高涂料成膜时的致密度,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-羟基十八酸),分子结构中带有羟基,平均官能度为2.7,将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的交联度[2]。蓖麻油脂肪酸中的不饱和碳碳双键能提供水性聚氨酯与丙烯酸酯单体共聚反应的接枝活性点,残留的碳碳双键可通过氧化交联提高聚合物的交联度,进一步改善涂膜性能。国内关于将蓖麻油用于制备CPUA的相关文献不多[3],也未见到比较全面地考察蓖麻油用量对乳液及涂膜各种性能影响的相关报道。本文以蓖麻油为原料合成了性能优异的水性聚氨酯丙烯酸酯复合乳液,重点探讨了蓖麻油的添加量对CPUA复合乳液多种性能的影响。

    1实验部分

    1.1原料与试剂

    异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI):工业品,进口;聚醚多元醇(N220,相对分子质量2000):工业品,南京金陵石油化工公司;蓖麻油(C1O):分析纯,天津化学试剂三厂;1,4-丁二醇(BDO):工业品,日本三菱公司;二羟甲基丙酸(DMPA):工业品,Perstorp公司;甲基丙烯酸甲酯(MMA):工业品,进口;N-甲基吡咯烷酮(NMP):工业品,BASF公司;三乙胺(TEA)、乙二胺(EDA)、丙酮:分析纯,使用前用4A分子筛干燥处理;偶氮二异丁腈(AIBN):化学纯,上海三浦化工有限公司;二月桂酸二丁基锡(DBTDL):分析纯,广州化学试剂厂。

    1.2水性聚氨酯丙烯酸酯复合乳液的制备

    将(C.O.)、N220和IPDI加入到装有温度计、搅拌装置和回流冷凝器的1000mL四口烧瓶中,加入少量的DBTDL,在60～70℃反应一段时间,然后添加1,4-丁二醇进行扩链反应,反应至—NCO基达到规定值,加入DMPA,在70～80℃反应至—NCO基达到规定值,即得到聚氨酯(PU)预聚体。冷却后添加配方量的MMA稀释,然后加入三乙胺中和及乳化,加入乙二胺扩链得到PU/MMA乳液。将上述乳液加热升温至70～80℃,在3h内均匀滴加引发剂溶液,保温1～2h,测量MMA的转化率,直至转化率保持不变,降温出料,用200目筛网过滤,滤液即为水性聚氨酯-丙烯酸酯复合乳液。

    1.3分析与测试

    (1)—NCO残余含量的测定

    采用二正丁胺法测定残余—NCO含量。

    (2)涂膜吸水率的测试

    将试样缓慢地倒入四氟乙烯模板中,使其成为均匀、无气泡涂膜。室温干燥24h后,在50℃恒温干燥箱内干燥48h,冷却后将膜取下。将制好的膜称质量,浸泡于25℃的蒸馏水中,在设计的时间取出,用滤纸吸干表面水分后称质量,按下式计算吸水率:

    吸水率=(m1-m2)/m2×100%

    m1—吸水后试样质量;m2—吸水前试样质量

    (3)拉伸强度和断裂伸长率的测量

    采用拉力机检测拉伸强度和断裂伸长率,拉伸速度为500mm/min。在恒定温度和湿度(21℃,50%相对湿度)的条件下干燥后,进行拉伸测试,记录试样的最大拉伸强度和断裂伸长率。

    (4)耐水性测试

    参照GB/T9274—1988中的点滴法,将A种涂膜试板置于水平位置,在涂膜上滴加室温蒸馏水或沸水数滴,观察是否有失光、变白、起泡、起皱、脱落等现象。

    (5)耐醇性测试

    按照GB/T9274—1988测定。

    (6)硬度测试

    按照GB/T1730—1993测试摆杆硬度。

    (7)黏度测定

    用BrookfieldDV-Ⅱ+型旋转黏度计测定黏度,转速75r/min,根据黏度大小调节转子大小,使黏度在标准误差范围之内。

    (8)柔韧性

    根据GB/T1731—1993测定胶膜的柔韧性。

    (9)乳液贮存稳定性

    根据GB/T675313—1986,采用人工加速贮存来测试乳液的贮存稳定性。取大约200g乳液置于广口瓶内,塞紧瓶口,置于恒温干燥箱内,在(50±2)℃下,贮存30d。检查是否有凝聚物及凝聚物量。

    (10)附着力

    根据GB/T1720—1979(1989)测定胶膜的附着力。