浅谈聚氨酯涂料用聚异氰酸酯固化剂的研究

浅谈聚氨酯涂料用聚异氰酸酯固化剂的研究浅谈聚氨酯涂料用聚异氰酸酯固化剂的研究 摘要 介绍了二异氰酸酯单体 聚异氰酸酯 水可分散型聚异氰酸酯和封闭型聚异氰酸酯摘要 介绍了二异氰酸酯单体 聚异氰酸酯 水可分散型聚异氰酸酯和封闭型聚异氰酸酯 的合成 性能和应用情况 的合成 性能和应用情况 0 引言 聚氨酯涂料是 20 世纪 60 年代开始兴起的一种涂料技术 它以优异的性能 在汽车原 厂漆 修补漆 塑料漆 木器漆 工业漆 织物皮革涂料 印刷油墨工业中获得了广泛应 用 随着各个国家对挥发性有机化合物 VOC 含量的关注 20 世纪 90 年代 水性聚异氰 酸酯涂料技术获得突破 从那时起到现在 水性双组分聚氨酯涂料获得了广泛应用 本文 介绍了异氰酸酯单体 聚异氰酸酯 水可分散型聚异氰酸酯和封闭型聚异氰酸酯的主要技 术和应用情况 1 异氰酸酯单体的类型和性能 工业化生产的二异氰酸酯主要有脂肪族异氰酸酯和芳香族异氰酸酯两大类 脂肪族异 氰酸酯主要有六亚甲基二异氰酸酯 HDI 异佛尔酮二异氰酸酯 IPDI 二环己基甲烷 二异氰酸酯 H12MDI 芳香族异氰酸酯主要有 2 4 和 2 6 甲苯二异氰酸酯 TDI 和 二苯基甲烷 4 4 和 或 2 4 二异氰酸酯 MDI 脂肪族异氰酸酯耐黄变 芳香族 异氰酸酯在光照下有黄变的倾向 见表 1 2 聚异氰酸酯固化剂的类型 性能和应用 将二异氰酸酯转变为聚异氰酸酯的原因 除了人体健康外 还有提高异氰酸酯的官能 度 通过异氰酸酯单体的聚合反应 可得到官能度大于 2 的聚异氰酸酯 与树脂交联 可 以形成立体交联网络 所得漆膜的交联密度才能足够高 体系具有较高的抗性和耐性 二 异氰酸酯聚合反应的示意图见图 1 2 1 类型 2 1 1 基于 TDI 的聚异氰酸酯 目前市场上基于 TDI 的聚异氰酸酯主要有 TDI 加成物 TDI 三聚体 TDI HDI 共聚物和 TDI 预聚物 TDI 加成物是由 TDI 和三羟甲基丙烷 TMP 加成所得 其结构式如图 2 所示 TDI 三聚体是由 TDI 单体加成所得 它的结构式如图 3 所示 TDI HDI 共聚物由 TDI 和 HDI 加成所得 其结构式如图 4 所示 2 1 2 基于 HDI 的聚异氰酸酯 目前市场上基于 HDI 的聚异氰酸酯主要有 HDI 三聚体和 HDI 缩二脲 HDI 三聚体主要 是由 HDI 单体聚合而成 根据聚合度的不同 可以制得不同的产品 主要的差异在于官能 度 黏度和 NCO 含量的不同 HDI 单体聚合度越大 其三聚体的官能度就越高 黏度也越 高 但是 NCO 含量就越低 反之亦然 HDI 三聚体的结构式如图 5 所示 HDI 单体到 HDI 三聚体过程中的 HDI 加成物分布示意图如图 6 所示 HDI 缩二脲是由 HDI 单体和水加成制得 根据聚合度的不同 它主要有标准 HDI 缩二 脲和低黏度 HDI 缩二脲 其结构如图 7 所示 另外 还有一些 HDI 预聚物市场化产品 但是它们的应用没有缩二脲和三聚体广泛 在此不再详细介绍 2 1 3 基于 IPDI H12MDI 和 MDI 的聚异氰酸酯 基于 IPDI 的市场化产品有 IPDI 三聚体和预聚物 这些产品的玻璃化温度很高 而且 耐候性和耐化学性能突出 大多用于提高体系 比如汽车修补漆等的干燥速度 基于 MDI 的市场化产品主要是预聚物 主要用于底漆和对弹性要求比较高的领域 市场上还没有基 于 H12MDI 的聚异氰酸酯 大部分的 H12MDI 用于制备 PUD 和弹性体 3 水可分散型聚异氰酸酯固化剂 3 1 类型 目前 水可分散型聚异氰酸酯固化剂有两种 第一种 疏水性特别是低黏度的多异氰 酸酯 如用于常规双组分聚氨酯涂料的多异氰酸酯 第二种 改性的亲水自乳化多异氰酸 酯 目前市场上有基于 HDI 和 IPDI 的这两种固化剂 3 2 性能 低黏度疏水性多异氰酸酯必须配用合适的有机共溶剂 并在高剪切力 如使用搅拌或 分散设备 下 才能掺入水分散体中 而改性的亲水多异氰酸酯借助简单的手动搅拌 即 可获得不含共溶剂的基料与交联剂的均匀混合物 脂肪族或脂环族多异氰酸酯 如 HDI 或 IPDI 三聚体 与不足量的单官能度聚环氧乙 烷聚醚醇简单反应 生成含有聚醚氨基甲酸酯非离子型乳化剂的多异氰酸酯混合物 这样 改性的亲水多异氰酸酯易于用手动搅拌乳化于水中 而不需施加高剪切力 该类可水乳化 的多异氰酸酯 例如 Bayhydur3100 Bayhydur401 70 现已确定为大多数水性涂料和胶黏 剂用的标准交联剂 尽管聚醚改性的多异氰酸酯应用广泛 但它们均具有一基本缺点 特别是当用作水性 双组分聚氨酯涂料的交联剂时 需要较高聚醚含量 才能确保足够的分散性 这就导致相 当长的干燥时间 且赋予涂料持久的亲水性 正是由于这些原因 聚醚改性多异氰酸酯不 被那些要求最高水平抗耐性的应用 如在汽车底漆或防涂鸦涂料中的应用 所接受 这些 缺点最终可通过特殊离子化改性多异氰酸酯的开发而得以克服 脂肪族多异氰酸酯与 3 环己氨基 1 丙烷磺酸 CAPS 后者为两性离子的氨基 磺酸盐 在温和条件和叔胺中和剂存在下反应 生成的磺酸脲衍生物是极好的乳化剂 不考虑成盐基团 CAPS 改性的多异氰酸酯具有很好的贮存稳定性 不浑浊 即使含有 较少的磺酸盐基团时 也可在水中得到分散很好的乳液 可获得一系列离子化改性的多异 氰酸酯 例如 BayhydurX2487 1 BayhydurXP2547 BayhydurXP2570 BayhydurXP2655 用于各种环境友好型高质量水性双组分聚氨酯涂料中 这些涂料在干性 固化和化学耐性 方面 完全可与通用溶剂型涂料相比拟 新法规要求进一步降低 VOC 挥发性有机化合物 将来这些交联剂的用量必将大增 与溶剂型涂料相比 它们不会导致漆膜质量下降 4 封闭型水可分散聚异氰酸酯固化剂 封闭型水可分散聚异氰酸酯固化剂是把封闭型聚异氰酸酯固化剂经过亲水改性 使这 类产品可以分散在水性树脂体系中 在高温烘烤的条件下 封闭剂会从体系中解封 释放 出异氰酸酯基团 异氰酸酯基团再与羟基反应 封闭型水可分散聚异氰酸酯固化剂主要用作高温烘烤体系交联剂 目前主要的用途是 在汽车原厂漆的中涂中 另外 在水性工业漆中也有部分应用 封闭型水可分散聚异氰酸 酯固化剂也可以与三聚氰胺固化剂配用 用三聚氰胺固化剂来降低成本 封闭型水可分散 聚异氰酸酯固化剂来提高性能 5 结语 自 19