聚氨酯聚合物广泛应用于涂料、泡沫、弹性体、粘合剂、密封剂、油墨、薄膜、纤维、工程塑料等。特别是在涂料领域,它们通常用于工业、建筑、纺织、皮革、地板完成和另一个——或者双组分涂料由于聚氨酯的独特性质和isocyanate-based反应。一般来说,聚氨酯具有良好的韧性,主要是由于主链的分子结构交替软、硬段。聚合物软链段带来灵活性,而氢键的硬段不仅提供硬度也形成一个物理交联程度,促进了成键。因此,这些聚氨酯“软但不粘”和“硬但不脆弱”,和这些性能属性扩大聚氨酯涂料的应用前景。

按照ASTM D16标准术语,油漆,涂料相关,材料,和应用程序,从I型聚氨酯涂料的分类类型VI。I型聚氨酯涂料是石油,这些类型的聚氨酯也称为urethane-modified特殊,即异氰酸酯全部或部分取代二元酸粘合剂。I型聚氨酯通常是由不饱和植物油或脂肪酸在有机溶剂;用作清漆和木地板涂料市场的流行了半个多世纪。¹如图1所示,为这种类型的涂料膜的形成是通过lacquer-dry紧随其后的是氧化干燥固化的金属。I型聚氨酯有两类:油改性聚氨酯(浏览器)的异氰酸酯在醇酸完全取代二元酸,uralkyds,异氰酸酯的只是部分取代了二元酸。这个聚氨酯粘结剂结合了聚氨酯的好处如耐磨性、水解稳定性和韧性与氧化交联等特殊的优点和使用可再生材料。

传统solventborne(某人)浏览器或uralkyd清漆VOC大于450 g / L, VOC法规收紧,lower-VOC浏览器已经变得越来越重要。一个方法用来降低溶剂的挥发性有机化合物是减少为了high-solids-content清漆。因为聚合物溶液的粘度成正比其分子量,这个high-solids-content清漆一定分子量较低粘度为了保持一个可行的应用程序。然而,lower-molecular-weight清漆显示缺陷在缓慢干燥和软膜等膜性能。表1比较了550年的基本的膜性能,450和350 g / L VOC清漆。

另一种方法用于制造solventborne浏览器较低VOC是使用的溶剂。在这种方法中,聚合物分子量可以保持相当高,这有利于薄膜性能。表2中列出了常见的溶剂。

最常见的溶剂对浏览器PCBTF和vm由于其闪点和蒸发率。表3显示了浏览器solventborne清漆性能的VOC的450 g / L, 350 g / L的高固体的方法,和350 g / L免除溶剂挥发性有机化合物的方法。很明显,350 g / L VOC免除溶剂的方法改善了浏览器的干燥时间和电影硬度由于高分子量聚合物。

低voc I型聚氨酯solventborne涂料包括高固体和免除溶剂的方法,但每种方法有潜在的缺点。高固体的方法需要降低聚合物的分子量,保持良好的工作粘度,但这意味着延长干燥时间,柔软的薄膜和涂层耐久性。免除溶剂的方法克服了分子量的缺点改善膜性能和允许涂料少于350 g / L VOC,但是可能的缺点包括溶剂之间的兼容性,气味,有时电影研磨。

替代方法-水性油改性聚氨酯

VOC法规收紧,树脂供应商集中在水性(WB)方法。传统聚氨酯分散(手)是由几个路线,和聚合物形成的是一个线性polyurethane-urea为主。²polyurethane-urea分散形式漆干的电影,这是co-solvent蒸发,水和中和剂形成热塑料薄膜,如图2所示。

可以修改传统的聚氨酯分散利用植物油的脂肪酸和结果在一个油改性水性聚氨酯。³因为这个水性聚氨酯含有不饱和现象,它可以通过添加金属制定成清漆干燥。类似传统的高分子量前脚,应用这种聚氨酯涂层漆干膜最初形式很难跟着自动氧化形成交联膜,如图3所示。一般而言,分散的粘度比solventborne较少依赖分子量。

水性的方法克服了缓慢干燥和软膜低VOC solventborne中常见问题的方法由于聚氨酯分散的高分子量,因此这是一个坚实的技术方法在未来继续减少挥发性有机化合物。膜交联是通过氧化治疗以来,期间或之后发生的“调节”反应膜的形成给予好的电影mar阻力和黑色跟马克阻力相似solventborne浏览器。高分子量聚合物、聚氨酯链接不仅提高了水解稳定性,但它也提高了耐磨性,为硬地板上完成应用程序是很重要的。表4比较第一代浏览器水性漆的性能(WB浏览器我)450 g / L VOC传统浏览器solventborne清漆。

类似于其他前脚,大多数水性浏览器包含NMP co-solvent。在前脚co-solvent艾滋病在合成工艺和膜的形成。今天,尽管许多前脚包含NMP,它是在许多应用程序中成为一个问题。浏览器浏览器水性solventborne相比的另一个缺点是低固体含量,从而影响成膜。

无溶剂和高固体水性油改性聚氨酯

第二代无溶剂的水性浏览器浏览器(WB II)开发,虽然它可以形成一个高光泽的电影,文章建议添加co-solvent来获得最大的膜的性能。自从co-solvent添加在制定阶段,co-solvent对异氰酸酯的反应不是问题。浏览器无溶剂水的真正好处是它提供了一个广泛的纬度在溶剂选择和很容易制定一个NMP-free清漆的VOC和电影表演NMP-containing水性浏览器,尽管额外的清漆的溶剂降低了固体内容。

为了克服缺点与低固体含量代水性成膜浏览器,浏览器第三代高固体水(WB浏览器III)是减少大衣需要开发实现所需的膜厚度。在浏览器solventborne膜干燥时间大大地受到膜厚度的影响,所以一个薄膜干和实现性能属性比厚膜快得多。与固体浏览器水性越高,膜厚度对干燥时间的影响可以忽略不计,由于聚合物的分子量。虽然这第三代高固体水性浏览器包含NMP,下一代产品开发将保留的高固体含量和性能特性没有添加NMP第三代。

水性浏览器是一个低voc biobased聚合物取代传统浏览器solventborne选项。相当于传统solventborne浏览器,浏览器水性好3月阻力,平等的耐磨性,耐化学性好,形成了一个温暖的琥珀看电影。浏览器的无溶剂WB II浏览器和高固体世行III清漆浏览器已经比第一代WB我清漆;结果如表5所示。

水性浏览器相比,传统的聚氨酯分散

一般来说,前脚是线性聚合物或low-crosslink-density precrosslink聚合物。这些手用来制定1 k或2 k为木地板涂料多年来完成。浏览器比较这些布丁与水性,前脚选择具有良好的硬度和耐化学性并排浏览器与世行二世。这布丁是制定推荐配方包为木地板开发应用程序。帮助电影聚结,更co-solvent添加到系统的VOC 275 g / L。了解交联对膜性能的影响,polyaziridine添加2%的清漆制定。如表6所示,很明显,调节增强mar阻力。

蜡色散可以添加进手来帮助改善mar阻力,但选择必须非常小心,因为它也降低了摩擦系数,使涂料膜滑。3月实现电阻在传统布丁,聚氨酯需要更高的硬度。越前脚还需要更多co-solvent电影聚结,从而增加了VOC的手。交替,水性浏览器不需要高硬度聚氨酯骨干或额外co-solvent实现mar阻力,因为它已经从调节固有mar阻力较低VOC。水性浏览器也是一个稳定、单组份biorenewable系统,不需要使用外部交联剂。

结论

50多年来,植物油基油改性聚氨酯和uralkyds用于各种木材涂料专业和DIY (DIY)市场,而这些弹性聚合物今天仍然是首选。传统solventborne浏览器具有VOC含量超过450 g / L, VOC法规收紧,研究和开发都集中在降低VOC的聚合物。高固体和免除溶剂方法有浏览器solventborne和uralkyd主导产品开发,但通过结合这两种方法,一个清漆,符合大多数州最近的当前VOC规定商业化。这些规定继续收紧,水性浏览器是最好的选择。浏览器的所有浏览器solventborne包括固有的优点3月阻力,耐化学性和琥珀色膜的颜色,而克服的缺点低voc solventborne浏览器包括缓慢干燥和柔和的电影。最近的研究工作已经形成了产品高固体、NMP免费提供少于100 g / L。

引用

1。Waythomas D.J. GB 14414 (1963)。

2。因兹。d .水乳剂,聚氨酯分散体和解决方案;合成和性质。进展有机涂料1981 (9),281 - 340。

3所示。Petschke、g .水性油改性聚氨酯的木地板清漆。西方涂料社会22日双年展1995年研讨会。