聚氨酯是众所周知的能力在范围广泛的应用程序性能优越。这主要是由于设计和制造的能力一个广泛范围的不同的聚合物结构,以满足给定的性能要求。除了这些分子结构差异,可以在各种物理状态生成聚氨酯材料,如粘性液体,固体,细胞结构和粒子分散。188金宝搏bet官网

聚氨酯乳液aqueous-based系统组成的聚氨酯粒子直径从50到500海里,经常与一些额外的有机溶剂。聚氨酯粒子通常包括从30到45总色散的重量百分数(%固体)。陶氏化学公司生产使用专利前脚,连续的机械分散过程DisPURsa * *。1、2这个过程允许生产的无溶剂固体含量高的手(> 50%)。无溶剂前脚允许降低生产成本以及促进的能力来满足环境管理压力。此外,这些布丁可以准备从不同的多元醇(如聚酯、聚醚等)和脂肪族或芳香族异氰酸酯。纬度提供的这个过程允许的生产范围广泛的材料,以满足广泛的成本/性能目标。188金宝搏bet官网

尽管前脚已经商用多年来,它们的使用是有限的由于他们的高成本。连续扩散过程可以减少总体成本的手通过使用低成本的原材料或降低过程成本。188金宝搏bet官网然而,如果使用手不是建立了对于一个给定的应用程序,它需要额外的发展制定专业知识,充分利用聚氨酯聚合物的好处。重要的是要注意手不要以类似的方式作为溶剂型PU系统甚至其他水性胶乳材料。188金宝搏bet官网本文的目标是建立一个布丁和帮助制定科学的理解尤其是在涂料应用程序。

实验

本研究中使用的手都是由陶氏化学公司。这些布丁一般性质如表1所示。电影是用这些材料通过前脚浇注到模具或使用压降的方法。188金宝搏bet官网电影在一夜之间被允许干的环境条件,然后在烤箱治愈120°C 20分钟。

力学性能(抗拉强度和延伸率)的电影测量使用ASTM D 1708或DIN 53504测试方法。撕裂强度和透水性的电影测量按照ASTM D 1004和ASTM E 96,分别。

耐水和其他溶剂是由两种方法。在第一种方法中,电影是沉浸在水或溶剂指定的一段时间。这是紧随其后的溶剂量的测量是在这段时间吸收。第二种方法是一个点测试按照ISO 2812。评级这个测试从0(电影毁灭)到5(没有可见的变化)。

Tuffbind测量地毯背衬上涂有加剧布丁。测试是根据ASTM D 1335年完成的。

结果与讨论
交联

聚氨酯分散体含有聚合物的分子链的线性或轻轻支。由于这些链极性的本质,一个广泛的氢键可能存在于聚合物。因此,在一定条件下,这些材料可能敏感的水或其他溶剂。188金宝搏bet官网此外,性能在高温可能会禁止使用,除非制定修改。这些局限性可以通过使用交联剂来弥补。典型的交联剂,可用于手包括organofunctional硅烷,能乳化的异氰酸酯。如果手包含羧酸盐组,与碳化二亚胺交联或polyaziridine代理也是possible.3

Organofunctional硅烷尤其有效地减少手的吸水聚合物。图1显示了六种不同的聚合物的比例体重增加电影,有或没有交联处理,已在水中浸泡24小时。在这个图中,显示了两个不同的硅烷的影响。在所有情况下,体重的增加减少了硅烷时添加到系统,显示更少的水吸收。在某些情况下,交联治疗是剧烈的影响。例如,前脚B,治疗Silquest - 1100结果从28%减少到12%。

organofunctional硅烷的水平有一个温和的对吸水率的影响。图2显示了两个不同的影响水平的Silquest吸水使用手- 187。

耐溶剂性也可以改善使用organofunctional硅烷。图3显示了影响organofunctional硅烷交联的耐溶剂性手以一个点测试。这个图展示了交联的耐溶剂性的有效性丙酮、乙酸丁酯和异丙醇(IPA) /水是大大提高了使用硅烷时添加剂。在这些地方测试,organofunctional硅烷的水平只有轻微影响耐溶剂性评级。

随着硅烷,其他交联剂有效地提高手系统的性能。例如,能乳化的异氰酸酯能提高手聚合物的力学性能和耐溶剂性。图4显示的影响手的压力能乳化的异氰酸酯治疗100%伸长(割线模量)。聚合物模量显著提高,能乳化的异氰酸酯添加到系统。此外,随着异氰酸酯水平增加,模量。其他拉伸性能也有影响。例如,材料的极限伸长随交联。

虽然不是必需的,但是道指过程允许引入羧酸盐在聚合物结构组。在这样做时,交联增加的选项包括使用polyaziridine或碳化二亚胺交联剂的机会。这些治疗的例子如图5所示。这个图显示了四种不同的聚合物的比例体重增加电影,有或没有交联处理,已经沉浸在异丙醇/水为一周(70% / 30%)的解决方案。前脚K没有羧酸盐组的结构,然而,前脚L, M和N有羧酸盐组和排列的顺序增加羧酸盐的内容。从这个图我们可以看到,耐溶剂性减少随着羧酸盐含量的增加与未经处理的聚合物。然而,外加交联剂、耐溶剂性显示大改进,增加与羧酸盐增加内容。

可塑剂

增塑剂可以用手来增加配方灵活性和在许多情况下,降低成本。增塑剂将减少干膜的玻璃化转变温度,降低抗拉强度、硬度和模量,同时增加伸长,灵活性,粒子聚结和加工性能。的属性如何改变的塑化剂添加到系统如图6所示。在这种情况下,聚合物薄膜的抗拉强度降低添加塑化剂。类似的结果获得了两个增塑剂。此外,由于一个兼容的塑化剂提高了粘结剂体积,高色素/粘结剂比例可以接受。

应该与每个增塑剂测试兼容性。一般来说,增塑剂不溶于水,但是,在他们成为分散相混合乳化系统最终在前脚和分区到前脚聚合物粒子。作为塑化剂添加到水性前脚配方,聚合物颗粒膨胀,提高分散的粘度。因此,粘度上升可以用作衡量增塑剂的兼容性。这肿胀现象的例子如图7所示。

仔细检查兼容性也可以估计的干膜清晰或模糊度等属性。此外,兼容增塑剂不应该流露出或布鲁姆干膜的表面。不相容的塑化剂会导致表面粘着性,污垢皮卡,粘结失败和缩短保质期。

填料

无机填料,也称为extender色素,添加大量粒子,降低成本,提供透明度和颜色,控制流变学和修改特定属性的涂料,粘合剂,密封剂或弹性体。典型的填充物是碳酸钙、滑石、粘土、二氧化硅、二氧化钛和炭黑。

是有限度的多少可以添加填料同时保持可接受的属性。填充系统的机械性能严重依赖于临界颜料体积浓度(CPVC),这是影响填料和填料的大小比例。了系统的物理性质,高于其CPVC趋于恶化。然而,可以设计一种聚合物结构,具有更好的填料相容性更好地保持力学性能随着填料水平增加。图8显示了一个示例的一个材料的属性改变随着填充加载水平增加。房地产tuffbind的说明是,房地产测量涂层的力量用于地毯应用程序。在这种情况下,前脚D性能优越的强度和强度保留率为填料水平增加。

与其他水性聚合物系统

除了无机填料,属性也可以改变通过使用有机填料形式的丙烯酸、苯乙烯和醋酸乙烯酯乳液聚合物。这些乳液聚合物与无机填料,也将允许在总配方成本降低,从而提供聚氨酯系统成本降低的好处。

这是显示在数据从一个灵活的薄膜涂层应用手聚合物与丙烯酸乳液聚合物混合在一比一的比例(基于聚合物固体)。表2显示了混合系统的配方以及那些纯手和纯丙烯酸系统。

这三个系统的抗拉强度是如图9所示。共混聚合物的拉伸强度几乎是两倍系统由纯丙烯酸聚合物,但是,明显低于纯PU系统。PUD-acrylic混合的好处是更明显的断裂伸长率数据。如图10所示。这里的伸长与聚氨酯系统混合系统是几乎相同的。

图11显示了这三种涂料的撕裂强度。在这种情况下,撕裂强度高于聚氨酯或丙烯酸系统,然而,接近PU值。这些系统的透水性是如图12所示。在这种情况下,混合系统本质上是一样的丙烯酸系统拥有更好的性能比聚氨酯系统。

摘要和结论

陶氏的持续分散过程允许生产经济、可行的手可能大量涂层的应用程序。这些手形成最初的基础产品设计用于满足许多涂料与前脚客户需求。进一步扩大这些材料的应用,各种配方艾滋病可以使用。188金宝搏bet官网这些配方艾滋病包括交联剂、增塑剂、填充剂等水性聚合物。利用这些技术和其他技术,手可以被成功地应用于多个涂层应用程序符合成本效益的方式。

确认

作者要感谢伊夫让蒂尔和阿兰•勒克朗普顿Corporation-OSI专业,他们的贡献的硅烷交联的工作。也感谢Ute Bertheas道问题,求助与丙烯酸分散体,安东尼Storione,鲍勃Kuklies和汉斯·科尔博士的实验室的支持。

引用

1 Skaggs, k;他泊,r;Louks p;Willkomm, w .美国专利6087440;(2000)。

伊斯坦布尔~圣文亚当,2 b;罗宾逊,d . 2002年世博会聚氨酯,第267页,(2002)。

3库根,R.G.“水性聚氨酯的调节”进展有机涂料;32;51 - 63;(1997)。

本文提出了在2003年世博会聚氨酯,10月1 - 3日2003年,奥兰多。