李廣棟， 匡少平

(1．青島科技大學(xué) 化學(xué)與分子工程學(xué)院，山東 青島 266042；2青島科技大學(xué) 環(huán)境與安全工程學(xué)院，山東 青島 266042)

表面性能良好的聚氨酯樹脂涂層制備

李廣棟1， 匡少平2

(1．青島科技大學(xué) 化學(xué)與分子工程學(xué)院，山東 青島 266042；2青島科技大學(xué) 環(huán)境與安全工程學(xué)院，山東 青島 266042)

制備了具有良好表面性能的一液型聚氨酯樹脂涂層，確定最佳工藝條件如下：選擇AA-1,4-BG型和AA-EG型組合聚酯多元醇；其質(zhì)量比為40:60時；自制耐光老化劑LCQ-3116質(zhì)量分?jǐn)?shù)為樹脂固含量5%，光穩(wěn)定劑HW-428質(zhì)量分?jǐn)?shù)為樹脂固含量0.4%，可以達(dá)到耐光性設(shè)計要求；表面改良劑 SAN(苯乙烯-丙烯腈聚合物)使用量為樹脂固含量15%；DBP(鄰苯二甲酸二丁酯)使用量為樹脂固含量5%；硅油使用量為樹脂固含量0.5%時能夠達(dá)到樹脂表面性能要求。

表面性能 ； 聚氨酯 ； 光穩(wěn)定劑 ；摩擦系數(shù)

隨著社會和科技的發(fā)展，尤其時尚產(chǎn)業(yè)，服裝箱包等所用人造革既要求有絢麗多彩的外觀，更要求有美觀大方，可以大膽展現(xiàn)多種風(fēng)格，盡顯個性化的壓花[1-2]。這就迫切需要符合這些優(yōu)良性能的人造革產(chǎn)品[3]，而這些都由聚氨酯樹脂表面涂層來呈現(xiàn)[4]，所以研制適合工業(yè)化大批量生產(chǎn)的顏料相溶性好的[5]，表面滑性優(yōu)良[6]，可以實(shí)現(xiàn)表面壓花處理的聚氨酯樹脂涂層產(chǎn)品迫在眉睫。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 原料選擇

聚酯多元醇：AA-1,4-BG型CMA-44，Mn=2000；AA-EG型CMA-24， Mn=2000;異氰酸酯：MDI(煙臺萬華)，TDI(巨力化學(xué));溶劑：DMF，丁酮;助劑： BHT，防粘劑，SAN(苯乙烯-丙烯腈共聚物)，DBP(鄰苯二甲酸二丁酯)，硅油，LCQ-3116，HW-428。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

室溫下，向三口燒瓶中，投入一定比例的聚酯多元醇CMA-24和CMA-44；MDI，TDI-80；溶劑DMF和MEK；初期固含量45%，N2保護(hù)下90～95℃下反應(yīng)2h，經(jīng)過3-5次稀釋，當(dāng)達(dá)到30%固含量和所需粘度時，用少量甲醇進(jìn)行封端后，加入BHT，SAN填充料，滑性劑，自制耐光老化劑LCQ3116和光穩(wěn)定劑HW-428后，攪拌均勻得產(chǎn)物。

2 結(jié)果分析和討論

2.1 聚酯多元醇對樹脂耐加水分解性的影響

如圖1所示，隨著AA-1,4-BG型聚酯多元醇質(zhì)量比例的增加，聚氨酯樹脂的力學(xué)性能拉伸強(qiáng)度隨著上升；在質(zhì)量比為超過50:50時，拉伸強(qiáng)度變化隨著降低。根據(jù)設(shè)計要求，70℃下95%相對濕度條件下，抗張力要求高于300kg/cm2，即拉伸強(qiáng)度σ為29.4MPa，選擇聚酯多元醇AA-1,4BG型質(zhì)量比為40%以上。

2.2 組合耐光老化劑對樹脂耐光性的影響

將自制耐光老化劑LCQ-3116按照經(jīng)驗(yàn)最高值10%添加到樹脂中，分別將耐光穩(wěn)定劑HW-428，紫外線吸收劑UV-113和UV-580搭配自制耐光穩(wěn)定劑添加到樹脂中，測試其耐光性，其中LCQ-3116保持其添加量為樹脂固含量1%不變，其余添加量均為0.1%，光老化40h后對拉伸強(qiáng)度進(jìn)行測試，結(jié)果表明HW-428+LCQ-3116組合效果最好。選擇此組合，分別提高光穩(wěn)定劑HW-428和自制耐光老化劑LCQ-3116的添加量，測試紫外光照60h后拉伸強(qiáng)度。其中拉伸強(qiáng)度σ(MPa)=抗張力×9.8N/kg×10-2。

圖2 耐光老化劑LCQ-3116和HW-428 添加量對樹脂耐光性的影響

如圖2HW-428添加量為樹脂固含量0.4%以上；且LCQ-3116添加量為樹脂固含量5%以上時，樹脂紫外光老化后的拉伸強(qiáng)度可以達(dá)≥35.2MPa，達(dá)到樹脂設(shè)計目標(biāo)要求：紫外光老化后拉伸強(qiáng)度可以保持34.3MPa以上，即抗張力≥350 kg/cm2。出于成本和表面性能兩方面考慮，選擇HW-428添加量為樹脂固含量質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.4%，且LCQ-3116添加量為樹脂固含量5%。

2.5 滑性劑添加量對樹脂表面性能的影響

圖3 DBP和硅油添加量對樹脂制膜摩擦系數(shù)的影響

如圖3所示隨著硅油質(zhì)量分?jǐn)?shù)的提高，樹脂薄膜摩擦系數(shù)越來越小；硅油質(zhì)量分?jǐn)?shù)一定時，隨著DBP(鄰苯二甲酸二丁酯)質(zhì)量分?jǐn)?shù)的提高，樹脂薄膜摩擦系數(shù)先越來越小，后趨于平穩(wěn)。按照設(shè)計要求當(dāng)摩擦系數(shù)≤0.20時，達(dá)到手感順滑要求，故選擇SAN(苯乙烯-丙烯腈聚合物)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%；DBP質(zhì)量分?jǐn)?shù)5%；硅油質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.5%。

2.6 溶劑選擇

聚氨酯樹脂在制備過程中溶劑的選擇非常重要，對聚氨酯樹脂的干燥性和揮發(fā)時間等影響很大，進(jìn)而影響樹脂表面性能和在生產(chǎn)中的作業(yè)性，所以選擇溶劑不僅需要考慮干燥性(120℃揮發(fā)時間/s)，還要考慮樹脂體系穩(wěn)定性。

圖4 DMF和MEK質(zhì)量比對樹脂干燥性的影響

如圖4所示，隨著MEK質(zhì)量分?jǐn)?shù)的提高，揮發(fā)時間越來越低，但是當(dāng)MEK質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過60%時，溶液出現(xiàn)析出物，不穩(wěn)定，故選擇MEK質(zhì)量分?jǐn)?shù)為50%。

3 結(jié)論

本實(shí)驗(yàn)制備了具有良好表面性能的一液型聚氨酯樹脂涂層，結(jié)果表明使用分子量為2000的AA-1,4-BG型和AA-EG型聚酯多元醇，其質(zhì)量比為40:60時，耐加水分解性、耐屈折性達(dá)到最佳；當(dāng)LCQ-3116為樹脂總固體質(zhì)量5%時，光穩(wěn)定劑HW-428為樹脂總固體質(zhì)量0.4%時，達(dá)到耐光性要求；當(dāng)SAN為樹脂總固體質(zhì)量15%；DBP使用量為樹脂總固體質(zhì)量5%；硅油使用量為樹脂固體質(zhì)量0.5%時能夠達(dá)到樹脂表面性能要求。

[1] 孫雪娜, 鮑麗紅. 智能防水透濕織物用溫感型聚氨酯的研究進(jìn)展[J]. 印染, 2016(12): 49-52.

[2] 王學(xué)川, 周志軍,張 哲,等. 聚氨酯合成革黃變問題的分析探討[J]. 皮革與化工, 2012, 29(2): 10-15.

[3] 安 源, 陳佳美, 唐族平. 光穩(wěn)定劑在聚氨酯仿皮織物上的應(yīng)用[J].紡織學(xué)報,2017,38(1):88-93．

[4] Yu T L, Lin T L, Tsai Y M, et al. Morphology of polyurethanes with triol monomer crosslinked on hard segments[J]. Journal of Polymer Science Part B Polymer Physics, 2015, 37(18):2673-2681.

[5] Bruchmann B, K?niger R, Renz H. Tailor‐made crosslinkers for high performance PUR coatings - hyperbranched polyisocyanates[J]. Macromolecular Symposia, 2015, 187(1):271-280.

[6] Kim B K; Kim T K, Jeong H M. Aqueous dispersion of polyurethane anionomers from H12MDI/IPDI, PCL, BD, and DMPA [J]. Journal of Applied Polymer Science, 1994, 53(3): 371-378.

(本文文獻(xiàn)格式：李廣棟， 匡少平.表面性能良好的聚氨酯樹脂涂層制備[J].山東化工，2017，46(12)：27-28.)

Surface Properties of Polyurethane Resin Coating Preparation

LiGuangdong1，KuangShaoping2

(1. Qingdao University of Science&Technology, College of Chemistry and Molecular Engineering，Qingdao 266042，China;2. Qingdao University of Science&Technology College of Environment and Safety Engineering， Qingdao266042，China)

Prepare the polyurethane resin coating that have good surface properties of a fluid. through the analysis of the mechanical properties of light fastness analysis, IR analysis to study the optimum process conditions , Using the Polyester polyols (AA-1,4-BG and AA-EG). The mass proportion is 40:60; The added mass of combination of light fastening agent are LCQ-3116 for the resin solid content of 5%, and HW-428 for the resin solid content of 0.4%, To meet the light-resistant design requirements; The amount of surface improving agent SAN used for the resin solid content of 15%, DBP (dibutyl phthalate) used for the resin solid content of 5%, Silicone oil content for the resin solid content of 0.5%, can meet the resin surface performance design requirements.

surface performance；polyurethane；light stabilizer；light aging

2017-04-11

李廣棟(1986—)，山東滕州人，2014級有機(jī)化學(xué)專業(yè)碩士;通信作者：匡少平，男(漢族)，青島科技大學(xué)環(huán)境與安全工程學(xué)院教授，研究方向?yàn)榄h(huán)境材料開發(fā)與應(yīng)用等

TQ323.8

A

1008-021X(2017)12-0027-02