非极性材料表面涂饰的聚氨酯制备方法

作者：上海大学 张剑秋 朱立华

欢迎访问e展厅 展厅 4 涂料/油墨/染料展厅 涂料, 油墨, 颜料, 染料, 色漆, ... 摘要：本文使用直接测试 PU 和 EPDM 结合强度的方法，进行了聚氨酯组成和合成工艺的研究，获得了与非极性材料具有良好结合力的表面涂饰料。 1 引言 聚乙烯（ PE ）、聚丙烯（ PP ）和乙丙三元共聚体（ EPDM ）分子结构上缺乏极性基团，即所谓非极性材料。其表面涂饰的难处在于与涂料的附着力较低。本文结合聚氨酯（ PU ）涂料组成，合成工艺等的研究，试图以直接测试涂膜和 EPDM 结合力的方法（ GB8808-88 ，图 1 ），获得性能较好的涂料。在涂料基体的选择方面，由于聚氨酯具有良好的吸附和化学粘合作用，低温性能优越，耐磨，抗老化，抗冲击，耐油，填隙性等均好，且固化温度低，所以特别适用于热敏性材料 <1> 。 2 实验部分 2.1 主要原料与试剂 2,4 甲苯二异氰酸酯（实验试剂）（简称 TDI ） 1,1,1 三羟甲基丙烷（实验试剂）（简称 TMP ） 对苯二酚（ CP ） 1,4 丁二醇（ CP ） 聚酯多元醇（工业级） EPDM （工业级） 3,3' 二氯 4,4' 二氨基二苯甲烷（工业级）（简称 MOCA ） 2,2 二甲基 3,3,5,5 四异氰酸基三苯甲烷（工业级）（简称 7900 ） 2.2 实验方法 2.2.1 主剂的制备（端羟基组份） 聚酯多元醇减压脱水，按一定比例加入 TDI ，在 60 ℃ ~65 ℃ ×2hr 条件下反应，然后加入扩链剂，再维持上述温度 2hr ，熟化 90 ℃ ×0. 5hr 。 2.2.2 交联剂的制备（端异氰酸基组份） TDI 和适当的溶剂加热，滴加三羟甲基丙烷，温度控制在 60 ℃ ~65 ℃ ，然后缓慢升温到 90 ℃ ，保温 30min ，冷却，再加入对苯二酚 60 ℃ ~65 ℃ ×2hr 。 2.2.3 试样制备 将上述两个组份，按一定比例混合（ NCO/OH=1.15 ），然后按 0.5% 的量加入偶联剂作为涂料，均匀涂于 EPDM 和聚氯乙烯（ PVC ），试样晾置 10~20min ，趁 PU 未固化前将两试件复合，室温放置 24hr 待测。 2.3 性能测试 2.3.1 测试方法 参照 GB8808-88 标准进行，试样宽度 50mm 。 2.3.2 测试原理 适当地选择 PVC 、 EPDM 和 PU ，使得 EPDM 和 PU 的界面 a 比较容易发生破坏，则测得的强度数值就是非极性材料 EPDM 和 PU 的结合力。然后不断调整 PU 组成等参数，本实验在测试值达到 200N 以上时，发生 PU 或者 EPDM 的基体破坏，可见涂料与 EPDM 的结合力已达到很好的强度。 3 结果与讨论 3.1 主剂的组成和工艺 3.1.1 聚酯的选用 常用的多羟基组份为聚酯、聚醚等，聚酯的机械性能优于聚醚。本实验选用的聚酯为已二酸和乙二醇缩合的二羟基产物，基分子量由羟值表征。分子量对性能的影响见表 1 。分子量为 1300 的聚酯合成的涂料与 EPDM 的结合很好。聚酯的分子较大时可能由于减少了氨基甲酸酯的含量，使性能下降 <2> 。 表 1 聚酯分子量的影响 由羟值计算的聚酯分子量 测试值（ N ） 1300 >200 1600 100~150 1900 ~100 3.1.2 扩链剂 实验中选用了三种扩链剂，结果见表 2 。丁二醇作为扩链剂满足使用要求。 MOCA 含有苯环和氨基，虽然从理论上讲，具有较好的机械强度、模量、粘附性、耐热等， <3><4> 但是由于刚性太大，结果性能较差。 表 2 扩链剂的影响 扩链剂 测试值（ N ） 乙二醇 100~150 丁二醇 200 MOCA 100~150 3.1.3 ．主剂制备工艺 在温度低于 50 ℃ 时，反应不能顺利进行，时间过长。温度大于 100 ℃ ，则易发生副反应，产生凝胶。反应时间短，由于聚酯未反应完全， NCO 含量过高，使丁二醇不能在主链的端基上。反应时间长， NCO 容易损失，使丁二醇不能发挥扩链剂作用。 3.1.4 催化剂 <5> 实验选用二丁基二月桂酸锡 0.1% 与三乙烯二胺 0.2% 组成复合催化剂，加入反应体系，可使聚酯和 TDI 反应后的 NCO 值明显下降。若不加催化剂，则在反应条件下 NCO 值过高，特别在用 MOCA 扩链时，将很快产生凝胶使反应失败。 3.2 交联剂选用和制备 3.2.1 交联剂的选用 交联剂的影响如表 3 中所示， TMP/TDI 是常用的 PU 交联剂， HXT 是 Bayer 公司生产的 HDI 三聚体，结果都较差。江苏恒大胶粘剂厂生产的 7900 虽然有很好的强度，但是该产品为氯苯溶液，毒性和污染较大，且价格较高，不太理想。 TMP/ 对苯二酚 /TDI 作为交联剂能满足使用要求。 表 3 交联剂的影响 交联剂 测试值（ N ） TMP/TDI 100-150 HXT 100 7900 >200 TMP/ 对苯二酚 /TDI >200 3.2.2 交联剂的制备工艺 制备同主剂的工艺相似，但 TMP 采用滴加工艺可防止凝胶，对苯二酚引入了苯环，增加了 PU 的硬段含量，使产品具有较高的交联密度 <6> ，交联剂的制备不可使用催化剂。 3.2.3 偶联剂及其使用方法 <7> 有机硅偶联剂可大幅度提高产品界面结合力（表 4 ），本实验使用 KH550 ， KH570 进行了比较试验，结果 KH550 性能最理想。 KH550 一般用乙酸乙酯溶解后加入，否则易出现片状物。 表 4 偶联剂的影响 偶联剂 性能（ N ） 无 ~100 KH570 100-150 KH550 >200 4 ． 结论 本实验确定了一种与 EPDM 有良好结合力的聚氨酯配方，可望用于非级性材料的表面涂饰。(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (2/21/2006)