0 引 言
随着社会的发展和技术的进步,新材料的应用越来越广泛,聚氨酯弹性涂料自20世纪80年代初开始从军用转为军民两用,并以民用为主后,产品的品种牌号不断增加,生产规模日益扩大,在国民经济各部门及人们的衣食住行各方面所发挥的作用日趋重要。弹性聚氨酯可以制成手感优异的柔感涂料,而且它是以线性分子结构为主的低交联密度体系,具有很高的柔韧性和弹性,赋予涂层优良的耐磨、抗冲击性和延伸率。
1 弹性涂料的制备
1 弹性涂料的制备
双组分聚氨酯弹性涂料是由含羟基的线性聚酯树脂为主要成膜物质,以HDI类型固化剂交联固化,添加各种颜料、填料、助剂、溶剂等制成。
1.1 原材料的选择
1.1.1 树脂的选择
饱和聚酯树脂一般用于弹性聚氨酯涂料的主体树脂,通常有两种类型：其一是带有羟基的线性饱和聚酯树脂；其二是带有羟基的微支链化饱和聚酯树脂。前者提供弹性及手感,后者提供刚性、光泽
及附着力。通常情况下,这两种树脂按不同比例混合才能达到所需要的性能。
1.1.2 固化剂的选择
TDI类型的固化剂刚性较强,固化后的涂膜较硬,弹性较差,且不耐黄变,一般不采用；HDI类型固化剂因其链段较长,反应物柔软,常用于2K型PU弹性涂料,其中缩二脲固化剂如N-75反应较慢也很少用；HDI三聚体固化剂如N3390反应较快,便于快速涂装。而且,用HDI三聚体N3390作羟基弹性树脂的配套固化剂所得到的涂层,除伸长率比HDI 缩二脲N－75略低外,其余性能均优于N-75。同时,N3390固化剂的游离HDI相对较少,而具有良好的施工性能和环保效应。因此在满足对涂层干性、弹性和耐候性要求的前提下,选择N3390为体系的配套固化剂更为适宜。在施工中,应严格控制两组分的比例,固化剂的添加量要准确,过高会导致涂膜失去弹性,光泽较高；过低则影响干燥速度,并使涂膜的韧性变差。
1.1.3 消光粉及颜料、填料的选择
在弹性涂料中,消光粉及颜料、填料的选择非常重要,固体填充料对弹性涂料的弹性有降低作用。选择消光粉的时候尽量选择消光效果好且粒径较小的品种如OK520,由于不同的消光粉对手感的影响较大,所以消光粉的分散也非常重要。对于磁漆,应选择遮盖力强,性能优越的颜料、填料,而且用量不能过高,否则导致弹性降低。
1.2 反应机理
聚氨酯弹性涂层结构中含有氨基甲酸酯基、醚基、脲基及其他各种基团,就其聚合物结构而言,它是由柔性链段和刚性链段构成,柔性链段可通过变换羟基化合物的种类和分子量的大小来实现,使得大分子链易卷曲和自由旋转,涂层弹性增大,软化点、硬度和机械强度降低；而刚性链段是随着二异氰酸酯品种的不同导致涂层机械强度和硬度的增加,软化点上升。聚氨酯弹性涂料的性能特征在很大程度上决定于聚合物主链上极性基团的次价键或氢键强度。分子间的作用力是依靠大量的次价键建立起来的,特别是由于硬链段(氨基甲酸酯链节)上的N-H是强极性基团,极易与柔性链段——聚酯链节
上羰基基团中的氧原子形成氢键,由于分子间氢键的作用,导致涂层具有优异的耐磨性。
1.3 参考配方(见表1)
1.3 参考配方(见表1)
1.4 涂膜性能测试(见表2)
2 结果与讨论
2.1 活化期的测定及影响因素
2.1.1 活化期的测定
取适量涂料,然后加入一定量的固化剂混合均匀,并用稀释剂稀释至黏度(涂－4杯)30 s左右,记录此时黏度为初始黏度以及此时的时间为初始时间。将混合后的涂料放入带盖的容器中,随后每隔一段时间测定一次黏度,当黏度升高至初始黏度的2倍时,记录从初始时间到此时的时间即定为该涂料的活化期。整个试验过程都是在恒温恒湿室内进行。
2.1.2 活化期的影响因素
在弹性聚氨酯的大分子结构中,同样含有大量的氨酯键,氨基甲酸酯基的结构中氮原子上虽然含有氢原子,但不能在常温下继续与其他分子中的-NCO基反应,主要原因在于基团的诱导效应以及氧原子具有比氮原子更大的电负性,氮原子上的电子云密度降低得较多,亲核作用较弱。因此,氨基甲酸酯基中的活泼氢在常温下,无催干剂存在时,是难以继续进行反应的。由于弹性涂料所用树脂的特殊分子结构,而且玻璃化温度较低,通常情况下要加入催干剂,经过大量试验证明,有机锡类(DBTDL)提供优异的干燥速度,为了协调涂膜干燥速度及活化期,进行了DBTDL加入量对涂膜活化期和表干时间影响的试验,结果见图1。
通过调整DBTDL在涂料中的添加量,使干燥速度与活化期同时满足要求。试验发现,加入0.1%～0.3%(质量分数)的催干剂是比较理想的,但还要根据施工情况及环境变化而进行调整.2.2 引张力的测试及影响因素
通过调整DBTDL在涂料中的添加量,使干燥速度与活化期同时满足要求。试验发现,加入0.1%～0.3%(质量分数)的催干剂是比较理想的,但还要根据施工情况及环境变化而进行调整.2.2 引张力的测试及影响因素
2.2.1 引张力的测定
在90 mm×300 mm表面光滑平整的PP板上,用6MIL的制膜器将混合好的涂料刮涂制膜,常温放置7 d以上,待涂膜完全实干后,用专用工具制成5 mm×20 mm规格的涂膜试片,然后按照引张力试验仪的操作程序进行测试。
2.2.2 涂膜弹性的影响因素
2.2.2 涂膜弹性的影响因素
通过引张力试验,可以证明聚氨酯弹性涂料的弹性受到诸多因素的影响,如树脂的选择、颜基比、固化剂的选择等。
2.3 选择不同的聚酯树脂对涂膜性能的影响
由上所述,双组分聚氨酯弹性涂料常用的两种聚酯树脂的选择与加入量至关重要,它不仅影响弹性、手感,而且决定涂膜的附着力及其他相关性能指标。若A表示带有羟基的线性饱和聚酯树脂,B表示带羟基的微支链化饱和聚酯树脂,则B/(A+B)为带羟基的微支链化饱和聚酯树脂的含量,不同的B/(A+B)和颜基比对涂膜弹性和附着力的影响如图2 、图3所示。
通过试验证明,随着带羟基的微支链化饱和聚酯树脂含量的升高,涂膜的相对弹性下降,而附着力上升；反之,随着线性饱和聚酯树脂含量的升高,涂膜的弹性上升,而附着力下降。综合其弹性及附着力,B/(A+B)应控制在0.4～0.8为宜。
2.4 选择不同的颜基比对涂膜性能的影响
颜基比的变化对涂膜弹性的影响如图4所示。
由图4可见,涂料的弹性随颜基比的提高而降低。所以,要想达到较高的弹性,应限制颜料、填料加入量,尽可能以低的颜基比达到较好的综合性能。
3 结 论
综上所述,设计弹性涂料配方需要协调各方面影响因素,而对原材料的选择至关重要。在日常生活中可能对弹性涂料有不同的要求。这就需要涂料制造者根据不同的使用情况进行合理的配方设计。
