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關于水性聚氨酯塑料涂料研究進展

2019-06-13

        摘要:塑料是一類具有可塑性的合成高分子材料,與其他材料相比較,因具有質量輕、化學穩定性和電絕緣性能優良等特點而得到廣泛應用。但是,塑料本身耐紫外光等環境老化性不夠理想,在加工成型過程中表面也常產生各種缺陷,因此需要進行表面涂飾。本文介紹了塑料用水性聚氨酯涂料的研究進展,并對其未來的發展做出了展望。

  隨著塑料工業的迅速發展,塑料制品廣泛應用于各行各業,成為國民經濟和國防建設不可缺少的重要材料之一。但是,塑料本身耐紫外光等環境老化性不夠理想,在加工成型過程中表面也常產生各種缺陷,因此需要進行表面涂飾,以賦予塑料特殊的顏色或一定的光澤,并遮蓋塑料表面的瑕疵,使它擁有更吸引人的外觀[1-2]。

  塑料涂料包括普通塑料涂料和工程塑料涂料。用于聚苯乙烯制品、聚酯薄膜制品、有機玻璃制品等普通塑料時,可賦予其耐摩擦、不易劃傷等性能;用于汽車部件、器械等金屬化的工程塑料(如酚醛制品、ABS制品)時,可賦予其高硬度、不易劃傷、高光澤、美觀等性能;用于塑料地板,如聚氯乙烯地板等,可賦予其不易劃傷、耐磨、低光澤、美觀等性能[3]。

  聚氨酯涂料具有耐侯性好、保光性好,色澤穩定性好,耐腐蝕、耐酸雨,低溫施工性好,涂層可復涂性好,易修復、涂層柔韌性好并具有優良的延展性、耐沖擊性和抗震動效果等優勢性能[4],因此在塑料涂料方面得到了廣泛的應用。鑒于對環保和資源的要求,促進了涂料工業向以水性涂料、高固體分涂料、光固化涂料和粉末涂料等為代表的低毒、環保型涂料的方向發展,其中最重要的是水性涂料。雖然塑料用涂料仍以溶劑型為主,但是水性涂料的市場會隨著環保法規的日益嚴格和自身技術逐漸完善而不斷上升。高性能與低VOC含量的塑料用水性聚氨酯涂料是一種環保型涂飾材料,具有廣闊的應用前景[5-7]。本文主要介紹了傳統塑料用水性聚氨酯涂料以及改性和功能型聚氨酯涂料。

  塑料制品種類繁多,性能各異,由于不同塑料基材的分子結構和表面極性相差很大,因此不同的塑料基材要選用不同的涂料體系[8]。而水性聚氨酯具有無污染、耐磨、耐腐蝕、軟硬度可調等眾多優點,性價比較高[9]。

  林曉瓊等[10]選用能賦予涂膜柔軟觸感的水性聚氨酯為成膜物質,研究了消泡劑、硅烷偶聯劑、彈性粉、蠟分散體、氮丙啶交聯劑和增稠劑等助劑的類型和用量對涂膜附著力、耐水性、耐劃傷等性能的影響,制備了一種手感柔滑、光澤柔和、耐劃傷性能好、附著力優異的水性ABS塑料涂料。

  姜守霞等[11]探索了水性聚氨酯的合成工藝,合成出水性聚氨酯分散體,并通過引入環氧樹脂E-20,內交聯劑三羥甲基丙烷(TMP),采用小分子擴鏈劑BDO(1,4-丁二醇)等,進行乳液共聚合等手段,達到對水性聚氨酯結構的交聯改性,從而得出了合理配方及適宜的反應條件。當E-20含量6.0%~8.0%(質量分數,下同);親水擴鏈劑2,2-二羥甲基丙酸(DMPA)加入量7.0%~8.0%;擴鏈劑乙二胺(EDA)用量1.0%;中和度90%~100%時;乳液性能最佳。

  國內生產的油墨中,以丙烯酸樹脂為基料的水性油墨與塑料的附著力差,只適合于紙商標與紙箱包裝方面,對其工藝改進以克服水性油墨弊端的研究很少,為適應塑料印刷的需要,萬婷[12]以聚酯(PBA)、小分子醇、二羥甲基丙酸(DMPA)、異佛爾酮二異氰酸酯(IPDI)為原料,采用先乳化后擴鏈的合成方式制得陰離子型聚氨酯水乳液,研究了改變二異氰酸酯基與羥基的物質的量比、DMPA質量百分比含量等配比,對黏度、硬度、表觀等綜合性能產生的影響,結果表明:當異氰酸酯基(—NCO)/羥基(—OH)的物質量比為1.8,n(PBA)/n(小分子醇)為0.67~1.0,DMPA質量分數為4%,選擇擴鏈劑為乙二胺(EDA),擴鏈劑質量分數為0.8%時,所合成的脂肪族水性聚氨酯具有附著性好、透明度高、黏度低等特點,符合塑料印刷油墨的要求。

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