水性高耐水压聚氨酯涂层胶yd14913

杨青    辽宁恒星精细化工有限公司 辽宁丹东118003

收稿日期:2011-12-08

作者简介:杨青(1970)女,高级工程师,主要从事纺织印染助剂的研究与开发

  原载:染整技术2012/6;37-39,53

 

【摘要】阐述了水性高耐水压聚氨酯树脂的合成原理,讨论了聚碳酸酯二醇、二聚酸聚酯二元醇对聚氨酯成膜性、耐水解性的贡献,使涂层后织物具有较高的耐水压,并达到耐寒、耐磨、耐浸泡等各项指标。介绍了水性高耐水压涂层胶的应用工艺,分析了防水、轧光、交联剂用量对耐水压的影响。

【关键词】高耐水压;聚氨酯;涂层胶;合成;应用

【中图分类号】TS195.13   文献标识码:A  文章编号:1005-9350(2012)06-0037-O3

 

高耐水压涂层织物可广泛用于帐篷、雨披、篷盖布等户外用品,因使用条件恶劣,很容易损坏, 消耗量大。目前,高耐水压涂层织物多以刮刀涂布法完成,生产方法简单,效率高。但使用的涂层胶一直以溶剂型聚氨酯为主,其缺点是大量有机溶剂的挥发,不仅造成能源的浪费,同时污染环境,危害人体健康,且易燃易爆,存在火灾隐患。水性涂层胶因耐水压远不及溶剂型一直没有得到很好的应用。本文通过聚碳酸酯二醇、二聚酸聚酯二元醇等原料的选择,使水性聚氨酯成膜性能大幅度提高, 可达到较高耐水压,同时考虑到恶劣环境对强力、耐水解性、贴封条、耐寒性等要求。简介如下。

1 树脂的合成

1.1主要原材料

聚碳酸酯二醇、二聚酸聚酯二元醇、氢化MDI(H12MDI)、二羟甲基丁酸、N-甲基吡咯烷酮、异佛尔酮二胺(IPDA)、三乙胺、去离子水(以上均为工业级)

1.2  反应仪器

    1000mL四口烧瓶19×3/24、数显恒温水浴锅HH-2、电动搅拌器、玻璃冷凝器19/26、水银温度计(0-100℃)、干湿摩牢度测定仪HH2EO04、电热鼓风干燥箱101AB-O、YG812织物渗水性测试仪、液晶电子拉力试验机EMT-2000

1.3  反应原理

   1.3.1预聚反应

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1.3.2扩链反应

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1.3.3中和乳化

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1.4  制备工艺

1.4.1  预聚反应

向1000mL四口烧瓶申加入准确称量的聚酯二醇(分别用聚碳酸酯二醇和聚己二酸新戊二醇酯进行对比试验),二聚酸聚酯二元醇,H12MDI,N-甲基吡咯烷酮和其它助剂,搅拌升温至80℃左右反应2h,取样用二正丁胺法检测-NC0含量。

1.4.2  扩链反应

-NC0含量达到要求时,加入二羟甲基丁酸和少量N-甲基吡咯烷酮稀释,在80℃左右继续反应4.5h,取样分析-NC0含量,检测反应程度。

1.4.3  中和乳化

扩链反应结束后,把反应产品放到乳化釜中,加入三乙胺和去离子水分散乳化后,加IPDA进行扩链反应30min。取样分析,制得聚氨酯树脂。

1.4.4  膜的制备

所制备的聚氨酯树脂倒入水平放置的玻璃板上,室温风干,取出成膜放入烘箱90℃左右干燥4h,取出后放入干燥器中自然冷却,备用。

2   结果与讨论

2.1  聚酯二醇的影响

采用聚碳酸酯二醇和聚己二酸新戊二醇酯合成的聚氨酯树脂进行了拉伸强度和耐水压试验,实验数据列在表1。

表1

名称

耐水压/KPa

拉伸强度/MPa

聚碳酸酯型PU

60.5

50

聚己二酸酯型PU

31.9

35

聚碳酸酯型PU与聚己二酸酯型PU的性能差异,主要是采用的聚酯结构不同,聚碳酸酯的结构: (OR0-C0)-,而聚己二酸酯的结构:-(-R-C00R0)-,聚碳酸酯的极性比聚己二酸酯的大,内聚能密度大,成膜抗拉伸强度大,耐水压高。

2.2  二聚酸聚酯二元醇

选用二聚酸聚酯二元醇的目的,是增加聚氨酯树脂的耐水解性能,表2列出二聚酸聚酯二元醇用量对聚氨酯树脂的耐水解性能的影响。

表2

二聚酸聚酯二元醇用量/%

0

10

20

30

耐水解性能/MPa(5%NaOH溶液浸泡24h膜拉伸强度)

1.5

3.5

4

4.5

 

表2说明,随着二聚酸聚酯二元醇的用量增加,耐水解性能增加,这是由于二聚酸聚酯的侧链上的长链烷烃提供了极强的疏水环境,酯键得到有效保护,耐水解性能提高。

2.3  二羟甲基丁酸

二羟甲基丁酸(DMBA)引入到聚氨酯树脂结构中,引入量对聚氨酯树脂的性能有较大影响,表3列出了二羟甲基丁酸用量对聚氨酯树脂性能的影响。

表3  二羟甲基丁酸用量对聚氨酯树脂性能的影响

DMBA用量/%

2

2.5

3

3.5

4

4.5

湿摩擦牢度/级

―

―

4.5

4

4

3.5

产品稳定性

分层

白色乳液有沉淀

蓝白色乳液底部有少量沉淀

强蓝光乳液无沉淀

半透明乳液无沉淀

半透明乳液无沉淀

DMBA用量少,低于2.5%稳定性差,分层或有沉淀。DMBA用量太大,大于4.5%湿摩牢度变差。所以我们把DMBA用量控制在3.5%左右。

3  应用实例

3.1  基布

6OOD×6OOD低弹牛津布 1万m

3.2  仪器设备

MR-180涂层机,MH360多功能轧光机

3.3  工艺流程

基布→防水(二浸二轧,防水剂FS-506 20g/L,4,0MPa, 180℃×60s)→车1光(110-130℃,压力10MPa,20m/min)→涂层(涂层刀厚1,5mm,下同)→烘干(100-130℃×60s)→涂层→焙烘(150-160℃,60-90s)

3.4  配浆

合成聚氨酯树脂:  95

消泡助剂:      0.1

成膜助剂:      4-5

增稠助剂:      1-3

交联剂:1-2/配浆粘度:2500-3000mPa,s

3.5  涂层性能指标与国产溶剂型聚氨酯涂层胶情况对比:

测试标准及仪器:

耐水压GB/T4744-1997 YG812N织物渗水性测试仪

剥离强度GB/T3923.1液晶电子拉力试验机EMT-2000

耐寒性FZO1007-2008 塑料超低温脆性试验仪

耐磨性GB/T21196,2-2007 YG(B)401E型马丁代尔耐磨仪

 

表4 涂层性能指标与国产溶剂型聚氨酯情况对比

 

带浆量/(g/m2)

耐水压/KPa

封条剥离强度N/cm

/30℃耐寒性

耐磨性

8h耐水浸泡

试验产品

37.5

65.6

6.4

涂膜无裂纹

磨擦3000次,涂膜无变化

涂膜无变化

国产溶剂型聚氨酯涂层胶

37.1

67.4

7.6

涂膜无裂纹

磨擦3000次,涂膜无变化

涂膜无变化

 

表4表明,试验产品达到同类溶剂型涂层胶水平,可以满足户外用品的使用要求。

3.6  影响涂布效果的因素

3.6.1 防水

基布涂层前要先防水,可防止水性胶渗入织物中,保证成膜连续性,是达到高耐水压的前提。

3.6.2  轧光

适度轧光,可使织物表面平整光滑,涂膜平整连续。如不轧光或轧光效果差,会直接影响涂膜的连续性,一方面影响耐水压,同时手感粗糙,影响表面平整度。

3.6.3  交联剂用量

image012.jpg

图1交联剂用量对耐水压的影响

图1表明,交联剂用量在1.0-2.0%比较合适。

3 结论

(1)在封端型水性聚氨酯的合成过程中,有机硅偶联剂的用量为预聚体质量的5%,有机硅改性水性聚氨酯的成膜性显著提高,吸水性为17.2%左右,耐水性得到很大提高。

(2)在WBPU用量为110g/L、130℃焙烘3min的浸轧工艺条件下,对涤棉针织物进行整理后,抗起毛起球性由原来的1.5级提高到4级,抗起毛起球性明显提高,织物手感不变,无黄变。

4 参考文献

[1]刘望,梅来宝,有机硅改性聚氨酯的最新研究进展[J]精细石油化工进展,2008,9(7);47-52

[2]朱延安,曹树潮,傅和青等,有机硅改性水性聚氨酯的合成[J]涂料工业.2006,36(6):8-10

[3]D.A.Wicks,Z.W.Wicks.B1ocked isocyanatesⅢ:part B.Uses and app1ications of b1ocked isocyanates[J]Progree in Organic Coating.2001,41(1-3);1-83

[4]倪加旎,有机硅-聚氨酯共聚水散液的合成及其作为织物整理剂的研究[D]浙江大学,硕士,2010;21-24

[5]周亭亭,杨建军,吴庆云等,有机硅改性水性聚氨酯的研究进展[J].化工新型材料,2010,38(9);69-71

[6]施剑等,涤棉针织物抗起毛起球整理[J]印染助剂,2006,23(6);27-30

[7]徐建华,涤棉针织绒抗起毛起球的研究与应用[J]针织工业,1999(1);41-42

[8]曹万里,顾志安.涤纶及其混纺织物的抗起毛起球整理[J]印染,2004,30(7);31-32