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水性聚氨酯—丙烯酸酯复合乳液的制备及其改性研究水性聚氨酯—丙烯酸酯复合乳液的制备及其改性研究摘要：水性聚氨酯（PU）乳液是一种广泛应用于涂料、胶粘剂、纺织品、皮革等领域的材料。
然而，由于其机械性能、耐久性和稳定性方面的局限性，对PU的改性研究成为目前研究的热点之一。
本文以聚醚型水性PU乳液为基础，通过丙烯酸酯的引入，制备了一种新型的聚氨酯—丙烯酸酯复合乳液，并对其性能进行了改性研究。
一、引言水性PU乳液具有优异的物理和化学性能，但其力学性能和耐久性方面还有待改善。
丙烯酸酯（AC）是一种具有良好耐候性和耐磨性的聚合物，将AC引入PU乳液中可以显著改善其力学性能和耐久性。
二、实验方法1. 制备聚氨酯—丙烯酸酯复合乳液通过改变聚醚多元醇/二异氰酸酯（IPDI）的配比、丙烯酸酯的引入量以及反应温度和时间等条件，制备了一系列聚氨酯—丙烯酸酯复合乳液。
2. 表征方法使用红外光谱（FTIR）、动态力学热分析（DMA）、扫描电子显微镜（SEM）等技术对制备的复合乳液进行表征。
3. 性能测试对复合乳液进行力学性能、耐久性和稳定性等性能测试，比较原有PU乳液和复合乳液的差异。
三、结果与讨论1. FTIR分析结果表明，丙烯酸酯成功引入到PU乳液中。
2. DMA测试结果显示，引入丙烯酸酯后，复合乳液的玻璃化温度和弹性模量显著提高，表明其力学性能得到了改善。
3. SEM图像显示，复合乳液中的丙烯酸酯形成了均匀分散的微观颗粒，有助于提高涂膜的物理强度和粘附性能。
4. 力学性能测试结果表明，复合乳液的抗张强度、弹性模量和断裂伸长率都有明显的增加。
5. 耐久性测试结果表明，复合乳液具有更好的耐候性和耐磨性。
6. 稳定性测试结果表明，复合乳液具有良好的贮存稳定性，不易发生乳化分离现象。
四、结论通过将丙烯酸酯引入水性PU乳液中，制备了一种新型的聚氨酯—丙烯酸酯复合乳液。
通过对其性能进行测试与分析，发现复合乳液具有优异的力学性能、耐久性和稳定性。
水性双组份聚氨酯防水涂料的多功能应用摘要：以丙烯酸乳液为成膜物的建筑墙面涂料（俗称乳胶漆），具有优异的耐候性、耐碱性和耐洗刷性，在建筑内、外墙中已得到广泛的应用，但丙烯酸乳液具有热塑性的特点，所制得的涂料在耐溶剂性、耐磨性等方面不能满足一些高档墙面及地坪行业的需求，从而限制了它的应用。
经过多年的发展，水性双组份聚氨酯涂料已成为涂料领域研究的热点，因为它能将水性涂料低挥发性有机化合物（VOC）和溶剂型双组份聚氨酯的优异性能相结合。
本文主要探索了制备高性能的水性双组份聚氨酯建筑涂料内容。
关键词：水性双组份聚氨酯；防水涂料；多功能应用涂料是一种呈现流动状态或可液化的固体粉末状态或厚浆状态的，能均匀涂覆并且能牢固地附着在被涂物体表面的成膜物质，能对被涂物体起到装饰作用、保护作用及特殊作用。
建筑涂料是指涂布于建筑物表面，能够在建筑物表面附着，形成完整保护膜，起到装饰（如各种颜色）、保护（如防止混凝土碳化）、特殊功能（如防霉，导电，耐磨）的一种成膜物质。
建筑涂料是按照涂料使用用途分类的，是涂料一大分支，一般使用于建筑物内墙、外墙和地面等。
1 水性双组份聚氨酯涂料水性双组份聚氨酯涂料是一种以水为分散介质，它主要由水性多元醇和亲水改性的聚异氰酸酯固化剂组成，将双组份溶剂型聚氨酯涂料的耐溶剂和耐磨性等优良性能和水性涂料的低挥发性有机化合物（VOC）结合起来，成为近年来高校和涂料企业研究的热点。
近十年来在涂料原材料市场中，水性产品的重要地位和所占份额保持稳定增长。
一方面是因生态目的或法规（VOC指标）驱使其发展，另一方面也是由于经济利益驱动。
特别当原油价格飙升时，为了避免大量有价值的原料如有机溶剂等直接释放至大气中，必须使用昂贵的方法将其回收或焚烧除尽。
此外，在安全方面，需考虑防范有机溶剂对人体健康的毒害和消防安全的支出。
1.1 水性双组份聚氨酯的组成水性双组份聚氨酯涂料一般由含羟基的水性多元醇组分和聚异氰酸酯固化剂组成，在使用前将两个组分混合均匀。
丙烯酸聚氨酯双组份防水涂料
一、产品简介：
HS-28丙烯酸聚氨酯双组份防水涂料为丙烯酸与聚氨酯双组分溶剂型
涂料。
由羟基丙稀酸树脂、颜料、助剂组成的A组分和由脂肪族异氰酸酯和助剂组成的固化剂（GH-1）组分及溶剂（稀释剂X-1）按比例调配而成。
作为一种优异的耐侯性表面保护专用涂料，具有优良的树脂保光、抗黄变和耐气候环境、耐腐蚀的特点。
二、应用范围：
HS-28丙烯酸聚氨酯双组份防水涂料涂料主要为钢结构、铜、铝铸体及非金属件表面涂装保护使用，具有极佳的树脂保色、保光、抗黄变、耐大气腐蚀性能，能有效改善防腐中涂料或底层涂料表面黄变引起的外观色差问题，能有效提高防腐保护漆的美观性和耐久性。
三、漆膜主要性能：
1、涂料质量指标
2、涂膜性能指标
四、使用说明
1、配比：RMAG-B-01(漆料)：GH-2（固化剂）：X-1稀释剂=11∶1∶2～5。
2、漆料使用前一定要搅匀。
配完的料建议在2小时内用完。
3、涂刷用量5～8 m2/kg（平面）。
五、包装：
20kg/组（本品属危险化学品，其使用及储存应遵循危险化学品管理规定）。
第六代水性金属免除锈防腐漆久江水性金属免除锈防腐漆，是本公司以美国特殊的进口自除锈防腐蚀树脂为主要原料，配以美国进口的多种除锈助剂及防锈材料精致而成，专门针对化工行业和沿海地区的企业研发的水性环保型带锈、除锈的重防腐漆。
本防锈漆用于未经处理的金属表面防锈，对已锈蚀的金属件，可免除打磨、酸洗、磷化、抛丸等复杂的除锈工程，减少施工工序、材料和人工成本，极大地提高涂装工效。
给企业节省了巨额成本，又提高了防腐效果。
除锈，防腐，底漆一遍即成！水性体系，低气味，极低VOC，不燃、不爆、安全、无污染。
本漆粘度低，易涂刷，对已生锈的未经预处理的钢铁表面提供长久高效的保护，防锈漆能渗入锈层与锈点产生化学反应，转化为微黑色防锈膜，涂刷几分钟后与金属表面的锈蚀发生化学反应，即转化得到一层坚韧、致密的黑色惰性保护层，是基于新的化学螯合将表面的锈蚀转化为疏水钝化层，其膜层在金属表面形成牢固致密的保护膜、紧紧贴在钢材上，隔绝水气、氧及其它腐蚀因子的侵蚀。
并为金属表面的活性基团反应而“键合”具有优良的防腐蚀性能，应用金属表面的装饰与保护。
使得金属材料表面呈“疏水性”，同时涂层材料可与金属表面以化学键相结合，极大地增强了涂膜的附着力和防腐性能，具有优异的抗再锈蚀性能，是理想的环保防腐涂料。
和传统体系相比，该免除锈防腐蚀系统在再次锈蚀发生之前提供更长久的保护。
施工要求：1、施工前要清除干净金属钢件表面的灰尘污物，特别要彻底清洗干净表面的机油油污，因机油与水性漆不相融，会隔绝防锈漆渗入基层，造成与基材分层，影响附着力。
（特别是新钢件管材表面的防锈油脂、旧设备表面油污及夹缝的机油黄油），对锈蚀极严重的金属表面，如果已形成锈片，要先清除后再涂刷，用风吹净或用水洗净残留的锈尘再施工。
2、可用刷涂、喷涂、浸涂或辊涂的方法施工于干的或潮湿的金属表面。
最好的方法是用刷涂的方法以提供更高的渗透性。
和绝大多数水性涂料一样，不应于5℃以下施工。
在涂层干燥期间，应避免有结露或下雨情况。
在聚氨酯体系中，丙烯酸并不直接参与到聚氨酯的主体结构中形成聚氨酯树脂，但是丙烯酸或其衍生物可以与聚氨酯结合以制备出具有特定性能的复合材料——丙烯酸改性聚氨酯。
1. 改性作用：
- 丙烯酸或者甲基丙烯酸等单体可以通过化学反应引入到聚氨酯分子链中，如通过共聚、接枝等方式形成聚氨酯-丙烯酸酯共聚物。
这种改性能够提高聚氨酯的耐候性、硬度、附着力以及光稳定性。
2. 交联增强：
- 在某些配方中，丙烯酸官能团可以通过自由基聚合、辐射固化等方式与其他功能基团（如羟基、羧基、环氧基等）发生交联反应，使得聚氨酯形成更紧密的三维网络结构，从而显著改善机械性能和耐化学性。
3. 水性涂料应用：
- 在水性聚氨酯涂料中，丙烯酸乳液可以与水性聚氨酯混合使用，既利用了聚氨酯优异的粘结力、弹性和耐磨性，又结合了丙烯酸树脂良好的耐水性、耐候性和快速干燥性，这样制成的丙烯酸聚氨酯复合涂料具有优良的综合性能，广泛
应用于建筑、汽车、家具等领域。
因此，丙烯酸在聚氨酯中的作用主要是通过化学改性或物理共混的方式，提升聚氨酯材料在特定应用场合下的性能。
羟基丙烯酸乳液在水性双组分聚氨酯涂料中的应用(1. 桂林工学院材料与化学工程系 , 有色金属材料及其加工新技术教育部重点实验室 , 541004;2. 西北师范大学化学化工学院 , 兰州 730070)摘要 : 用羟基丙烯酸乳液作为羟基组分与亲水改性多异氰酸酯配漆 , 制备水性双组分聚氨酯涂料。
研究了丙烯酸乳液中乳化剂用量、羟值、酸值、 n ( - NCO) ∶ n ( - OH) 对漆膜性能的影响 , 得到了最佳的应用配方 : 乳化剂用量在 1% 以下 , 羟值为100 mgKOH /g, 酸值在 15 mgKOH /g 以下 , n ( - NCO) ∶ n ( - OH) = 1 .5 ∶ 1 。
用红外光谱仪 ( FT - IR) 表征固化前后膜的结构 , 表明大部分乳液聚合物已经与多异氰酸酯反应 , 但还有部分异氰酸酯没有反应。
关键词 : 水性聚氨酯涂料 ; 双组分涂料 ; 羟基丙烯酸乳液0 引言水性聚氨酯涂料具有无毒、无味、对人体和环境无害的优点 , 正在逐步取代传统的溶型涂料。
双组分水性聚氨酯 (2KWBPU) 涂料性能可与溶剂型聚氨酯涂料相媲美 , 具有优良的耐磨性、硬度、柔韧性、耐化学品和耐溶剂性等 , 最重要的是大大减少了挥发性有机化合物和有毒空气污染物 , 可以满足最严格的环境法规 , 引起了全世界的关注 [ 1 -4 ] 。
Denise [5 ] 和 Sharon, 等 [6 ] 分别研究了粒径分布和添加剂等对 2KWBPU 涂料性能的影响 ;David [7 ] 优化了与叔异氰酸酯交联的丙烯酸多元醇 ;Nabuurs [8 ] 研究了 2KWBPU 涂料中丙烯酸分散体的酸单体和酸值 , 制得了无缺陷的涂层。
最近 ,Wicks, 等 [ 9 ] 综述了双组分水性聚氨酯体系 , 表明 2KWBPU 涂料可以用作汽车涂料、木器涂料、维护涂料和塑料涂料。
Michael, 等 [ 10 ] 制备了 2K WBPU 木器涂料 ; Sharon , 等 [ 11 ] 使用统计方法开发了羟基丙烯酸多元醇组成的 2KWB 2 PU 涂料 , 用于家庭橱柜和办公家具 ; 文献 [ 12 - 13 ] 研究了 2KWBPU 涂料在汽车漆、汽车修补漆方面的应用。
但很少有文章研究 2KWBPU 涂料的耐水性、耐化学品性和机械性能。
我们已经制备了高羟基含量的丙烯酸乳液 , 它可用在 2KWBPU 涂料中 [ 14 ] , 也研究了丙烯酸分散体在 2KWBPU 涂料中的应用 [ 15 ] 。
本文主要研究羟基丙烯酸乳液中乳化剂用量、羟值、酸值、 n ( - NCO) ∶ n ( - OH) 对漆膜性能的影响。
1 实验部分1. 1 原料不同乳化剂用量、羟值、酸值的丙烯酸乳液按照文献 [ 14 ] 方法制备 , 固含量 40%; 亲水改性多异氰酸酯 : 牌号 RhodocoatWT2102, 法国罗地亚公司产品 ; 消泡剂、流平剂 : 德国 BYK 公司产品。
1. 2 检验仪器漆膜自动干燥时间测定仪 (QGZ - 24) 、便携式漆膜铅笔划痕硬度仪 (QHQ - A) 、漆膜划格器 (QFH) 、漆膜冲击器 (QCJ ) 、漆膜弯曲实验器 (QTY - 10A ) 、便携式镜向光泽仪 (KGZ - 1B) , 均为天津建筑仪器实验机公司产品。
1. 3 漆膜制备和性能检验方法组分的配比根据需要进行配制 ; 将固化剂加入到含有消泡剂和流平剂的乳液中 , 搅拌均匀后加水调整至刷涂黏度 , 涂刷在玻璃板和马口铁板上 ; 漆膜制备按 GB /T1727 - 1992 的规定进行 ; 漆膜厚度测定按 GB /T 1764 - 1979 ( 1989) 规定进行。
测试光泽、附着力、硬度时 , 样板干燥 48 h; 测试耐酸性、耐水性、耐醇性等样板在 23 ℃干燥 7 d 。
漆膜外观 : 目测观察。
干燥时间 : 表干按 GB /T 1728 - 1979 (1989) 中第 2 章的乙法进行 , 实干按 GB /T 1728 - 1979(1989) 中甲法进行。
光泽 : 按 GB /T 9754 - 1988 规定直接刷涂在玻璃板上进行。
附着力 : 按 GB /T 9286 - 1988 规定进行划格试验。
柔韧性 : 按 GB /T 1731 - 1993 的规定进行。
耐冲击性 : 按 GB /T 1732 - 1979 的规定进行。
硬度 : 按 GB /T6739 - 1996 规定进行。
耐水性 : 按 GB /T 9274 - 1988 中第 5 章规定进行。
耐化学品性 : 在 200 mm × 200 mm × 3 mm 规格的玻璃板上制板 , 干燥 7 d 后 , 用滴管将化学试剂滴于漆膜表面 , 使之形成液滴 , 24 h 后肉眼观察。
1. 4 红外光谱分析在 NicoletAVATAR 360 FT - IR 红外光谱仪上进行 , 乳液和配好的涂料直接在溴化钾晶片上涂膜 , 干燥后测试。
2 结果与讨论2. 1 乳化剂用量对漆膜性能的影响当保持丙烯酸聚合物的羟值为 100 mgKOH /g, 酸值为 13mgKOH /g, 使用不同用量的乳化剂制备了一系列的羟基丙烯酸乳液 , 与固化剂 WT2102 以物质的量之比为 1 .5 ∶ 1 配漆后 , 测定涂膜的性能 , 将测得的性能列于表 1 。
从表 1 可以看出 , 当乳化剂用量从 3% 降到 0 1 5% 时 , 涂料的干燥时间增加 , 涂膜光泽增加 , 耐水性和耐化学品性变好。
铅笔硬度基本相同 , 涂膜具有良好的附着力、柔韧性和耐冲击性 , 由此可见 , 乳化剂对光泽、耐水性和耐化学品性的影响较大。
乳化剂用量越大 , 涂膜的光泽越低 , 同时光泽还与乳液的粒径有关 , 粒径越小 , 与多异氰酸酯混合越容易 , 涂膜光泽越高。
因此要精心选择乳化剂和用量。
乳化剂本身是一种表面活性剂 , 容易溶解在水中 , 其用量越大 , 涂膜越容易吸水 , 耐水性越差。
最佳的乳化剂用量应在 1% 以下。
表 1 乳化剂用量对水性双组分聚氨酯涂料漆膜性能的影响2. 2 丙烯酸乳液羟值对漆膜性能的影响保持乳化剂用量为 2% , 酸值在 25 mgKOH /g, 将不同羟值的丙烯酸乳液与固化剂以 n ( - NCO) ∶ n ( - OH) = 1 ∶ 1 配漆 , 结果见表 2 。
从表 2 可以看出 , 丙烯酸乳液的羟值对漆膜的干燥时间、硬度、耐水性和耐化学性均有很大的影响 , 而对机械性能影响不大。
当丙烯酸乳液的羟值为 140 mgKOH /g, 部分羟基被屏蔽在分子链中 , 不能与—NCO 基团进行交联反应 , 以至于涂膜耐水性和耐化学性较差。
当丙烯酸乳液的羟值为 60 mgKOH /g 时 , 交联度较低 , 涂膜耐水和耐化学性也较差 , 较佳的丙烯酸乳液的羟值为 100 mgKOH /g 。
同时也看出 , 漆膜的光泽与使用的乳液的粒径有较大的关系。
2. 3 丙烯酸乳液酸值对漆膜性能的影响保持乳化剂用量为 2% , 羟值为 100 mgKOH /g, 不同酸值的丙烯酸乳液与固化剂WT2102 以 n ( - NCO) ∶ n ( - OH) = 1 ∶ 1 配漆 , 结果见表 3 。
表 2 丙烯酸乳液的羟值对水性双组分聚氨酯涂料漆膜性能的影响从表 3 看出 , 酸值较小时 , 其酸值除对涂膜光泽影响较大外 , 对涂料其他性能影响不大 , 这可能是在较少羧基基团、较多的交联固化剂时 , 丙烯酸乳液的羧基基团与—NCO 发生了反应所致。
羧基基团越多 , 丙烯酸乳液的粒径越小 , 形成的涂膜光泽较高。
但是羧基基团并不是越高越好 , 当酸值高于 25 mgKOH /g 时 , 所得涂膜的耐水性能大幅下降。
适合的酸值应在 15 mgKOH /g 以下。
2. 4 n ( - NCO) ∶ n ( - OH) 对漆膜性能的影响保持乳化剂用量为 2% , 丙烯酸聚合物的羟值为 100 mgKOH /g, 酸值在 13 mgKOH /g 时 , 丙烯酸乳液与固化剂 WT2102 以不同的 n ( - NCO) ∶ n ( - OH) 比例配漆 , 结果见表 4 。
从表 4 看出 , n ( - NCO) ∶ n ( - OH) 对漆膜性能影响很大。
当 n ( - NCO) ∶n ( - OH) 从 1 ∶ 1 增加到 1 .5 ∶ 1 时 , 实干时间从 3 1 5 h 增加到 6 h, 光泽从 106 降到 99, 而耐水性和耐化学品性得到了提高 , 特别是在 n ( - NCO) ∶ n ( - OH) 为 1 . 5 ∶ 1 时 , 耐水性通过了 14 d 测试。
在不同比例时 , 尽管 48 h 时硬度不同 , 当在 7 d 时都达到了同样的硬度。
这表明当 n ( - NCO) ∶ n ( - OH) 较低时 , 硬度变化缓慢。
同时也看出 , 不管比例如何 , 漆膜都有相同的机械性能 , 这可能是涂膜达到了较高的交联。
由于亲水改性多异氰酸酯价格较贵 , 从实用的角度出发 , 再继续增加多异氰酸酯的比例 , 尽管性能也有所提高 , 但是成本大幅提高 , 因此得出结论 , 最佳的 n ( - NCO) ∶ n ( - OH) 是 1. 5 ∶ 1 。
表 3 丙烯酸乳液的酸值对水性双组分聚氨酯涂料漆膜性能的影响2. 5 丙烯酸乳液与固化剂组成的水性涂料红外光谱将羟值为 100 mgKOH /g 的丙烯酸乳液与固化剂 WT2102 以物质的量的比为 1 ∶1 .5 配漆 , 丙烯酸乳液以及固化 7 d 后涂膜的红外光谱图如图 1 所示。
从图 1 中看出 , 原 3 451 cm - 1 处和 3 514 cm - 1 处的— OH 吸收峰消失 , 而在 3 381 cm - 1 处出现 N - H 的吸收峰 ; 在 1 678 cm - 1 处有新的强的吸收峰生成 , 这是未形成氢键的脲键的 C O 伸缩振动峰 , 标志着有水与— NCO 的反应发生 ;1 530 cm - 1 处出现 N - H 弯曲振动和 C - N 的对称伸缩吸收峰 ,1 467 cm - 1 处是— CH 2 的变形振动吸收峰 , 在 765 cm - 1 处出现尖锐的强的 C - N 骨架振动吸收峰 , 以上均表明有氨酯键和脲键的形成 , 而在 2 272 cm - 1 处有尖锐的—NCO 特征吸收峰 , 表明还有剩余的异氰酸酯存在 , 说明 7 d 后异氰酸酯还没有反应完全 , 相关研究正在进行中。
表 4 不同的 n ( - NCO) ∶ n ( - OH) 对涂料性能的影响( a -固化后 ; b -固化前 )图 1 固化前后涂膜红外光谱图3 结语含羟基丙烯酸乳液可作为羟基组分用于水性双组分聚氨酯涂料 , 乳化剂用量、酸值和羟值对漆膜性能均有很大的影响。
