固化聚氨酯分散体(UV-PUDs)有良好的信誉和商业成功的类的产品,因为他们的低环境影响,可实现的性能和易用性。重要的最终用途UV-PUDs申请包括factory-applied木器涂料、现场应用涂料对混凝土、木材或塑料地板,并在塑料保护膜。所有这些应用程序都需要高学位的硬度划痕和耐磨性。手由可再生原材料也是众所周知的(包括一些紫外光固化品种),188金宝搏bet官网但通常是基于植物油的衍生品,即使在UV固化之后,太软,上面提到的应用程序。本文讨论了独特的新UV-PUDs含有很高比例的可再生碳具有属性适用于高性能涂料。

介绍

UV-PUDs结合的吸引力方面两个环保涂料技术——水性和UV固化。除了可持续性方面,UV-PUDs提供一个独一无二的结合性能属性,结合一些最好的传统功能的水性和100%固体UV涂料。1 - 3的可持续性和性能UV-PUDs导致其商业上的成功和高市场增长率在过去的几年中。使用可再生或biobased原材料UV-PUDs可以带来另一个层面188金宝搏bet官网的可持续发展这一技术。有许多的报告UV-PUDs部分由可再生材料,4 - 7但其中很多是基于植物油衍生品,最后涂料是相对较软,缺乏一些属性需要等高性能涂层的硬度、耐水、防沾污性和划痕和耐磨性。

在过去的几年里一直在爆炸的商业可用性来源于可再生资源,化学成分和新的兴趣应用别人的长期项目。8几乎所有的商业使用可再生原材料是植物性和转换为工业有用的原材料使188金宝搏bet官网用一系列酯化等化学过程,环氧化作用、加氢、发酵、水解、热解、脱水和聚合。综上所述这些过程导致生物的概念。9

许多这些构建块是可再生的版本分子历来由石化产品。流程生产琥珀酸、1,4-BDO, 1,探索、丙二醇、己二酸和己二胺等已经在商业或发展。许多其他有用的构建块是独一无二的结构,只是几乎可以从可再生能源如植物油及其衍生物包括不饱和脂肪酸,C36 C54二聚体和三聚物产品,1,4:3,6 dianhydrohexitols如异山梨醇和呋喃衍生物,如2,5-furandicarboxylic酸。一些示例结构两种类型如图1所示。

我们已经开发出一种方法重要的可再生的内容合并到高性能UV-PUDs基于聚酯biopolyols的使用。通过结合适当的单体构件,biopolyols可以设计,使硬度、耐磨性和许多UV-PUD-based涂料应用程序所需的其他属性。

结果与讨论

生物碳内容资助实施一系列聚酯biopolyols 100%准备从各种组合上述原材料的选择与使用标准的合成方法。188金宝搏bet官网与一系列成分筛选几个后,分子量和物理性质,两人选择在这项研究中。选择了基于相对轻松的准备,准备好原材料的可用性和预期UV-PUD-based涂料的性能。188金宝搏bet官网随着这些聚酯biopolyols设计非常困难,以及由其派生UV-PUDs往往是脆弱的,我们发现它有利的结合更灵活的biopolyol使用它们。Cerenol 1000(杜邦)是1000分子量聚(探索)聚醚来自杜邦Susterra bio-sourced 1,探索。10这些biopolyols的属性如表1所示。

UV-PUDs准备使用一个过程从表1中多元醇基于经典方法,但在我们的实验室开发和修改。整个过程,示意图见图2,包括三个基本步骤:1)形成一个丙烯酸酯/摘要pre-polymer;2)中和羧酸集团的预聚物与叔胺;3)反应剩余的NCO组与二胺聚合物链延长。pre-polymer多功能丙烯酸酯剂制成,di -或聚亚安酯、分散剂(在这种情况下dimethylolpropionic酸)和一个或多个biopolyols。由我们的方法,最后溶剂分散体系是完全免费的,没有添加表面活性剂或锡催化剂。

液体的属性UV-PUDs由这种方法如表2所示。表中所示的控制UV-PUD产品准备完全从petrochemical-sourced原材料;188金宝搏bet官网这是在我们实验室开发的用于高档木器涂料和商业化在不久的将来。的属性biopolyol-based UV-PUDs比较本文控制产品。表2中的所有产品在室温下具有良好的分散稳定性存储、1 h离心机和60°C为期四天的稳定测试以目测法分离和监控粘度和粒度。

是典型的UV-PUDs,所有的产品含有一些丙烯酸酯单体活性稀释剂的组成不可分割的一部分。活性稀释剂有助于降低系统的MFFT,促进粒子聚结,也有助于治愈涂层性能。UV-PUDs 1 - 5和控制包含3摩尔乙氧基trimethylol-propane triacrylate (3 eotmpta Sartomer SR454)作为稀释剂。UV-PUDs 6和7中1,10-decanediol diacrylate (DDDA, Sartomer CD595),这是一个biobased蓖麻油衍生物制成的活性稀释剂。表中所有的UV-PUDs显示良好的水释放行为,有MFFTs小于0°C和物理干燥后形成无粘性薄膜,但在UV固化。

涂层的固化和测试属性,UV-PUDs被整合到一个简单的配方组成的63.5% UV-PUD(调整后35%固体)+ 1%关联增稠剂,0.5%的匀染剂和5%的基于固体Irgacure 500剂。经费是由6千湿膜厚度Leneta图表、玻璃盘子或铝面板,这取决于正在运行的测试。确保水是完全从电影中删除,不影响测试结果,样本干30分钟25°C和30分钟60°C(测试完成在25°C和干燥10分钟后10分钟60°C显示类似的结果下面的那些)。干电影是治愈410 mJ /厘米2UVA能量通过运行在50岁fpm通过Inpro UV固化单元有两个Hg灯。

治愈了电影的测试结果如表3所示。所有的产品有很好的热水阻力和良好的耐化学性传递200 MEK双摩擦没有损伤。一些趋势可以从数据。

整体的性能biopolyol-based UV-PUDs方法控制在大多数方面,除了防沾污性。大部分的缺乏是芥末防沾污性和可以归因于一个结构一部分的控制没有biobased替换,我们知道从其他工作提高芥末染色。

掺入一定量的聚醚BioPolyol 3在flexibilizing pre-polymer有效治愈涂层。虽然硬度降低,泰伯实际上耐磨性有所提高在更灵活的涂料。这不是一个不寻常的观察,更严格,更有弹性涂层能够更好地在测试条件下抵抗破裂或脱落。在所有情况下,添加聚醚biopolyol是有害的防沾污性。

比较的结果对UV-PUDs 1和7和2和6允许比较活性稀释剂对涂料性能的影响。3 eotmpta UV-PUDs 1和2都包含三功能性的活性稀释剂,虽然UV-PUDs 2和6包含biobased双官能的1,10-DDDA。使用双作用的活性稀释剂结果轻微下降,硬度和抗污染性,但改善灵活性和泰伯耐磨性几乎没有变化。很明显,UV-PUD本身造成的大部分涂料性能。

通过比较UV-PUD 2和3和4和5可以看出使用Biopolyol 1固化涂层的结果稍微柔软和更灵活的比由Biopolyol 2。基于biopolyol结构,这是可以理解的,结果给的洞察力,可用于进一步调整和优化性能。

结论

通过使用再生构建块单体精心挑选,我们可以设计聚酯biopolyols 100%的可再生碳含量,可用于生产高性能UV-PUDs适合使用在许多涂料的应用。的属性UV-PUDs biopolyols可以定制设计,使用多元醇的组合或活性稀释剂的选择。专利申请已经提交这个独特的新技术。工作是继续进一步提高这些产品的性能和更好的了解潜在应用的范围。

引用

1Bernquist h;詹姆斯,d;Ekvall k;Wennerberg p;对英国小说丙烯酸酯固化聚氨酯分散体的构建块,Radtech欧洲07会议论文集。

2从事公务,m;赞美,p;非政府组织,c;Lazzaroni r;莱克勒,P。有机涂料的进展2012年,75,560 - 568。

3从事公务,m;赞美,p;大的,p;Vanovervelt, j。有机涂料的进展2006年,55岁,128 - 136。

4Rengasamy,美国;Mannari, V。有机涂料的进展2013年,76,78 - 85。

5张、北京市建筑;陆,k - t大灭绝。有机涂料的进展2013年,76,1024 - 1031。

6Rengasamy,美国;Mannari, V。有机涂料的进展2014年,77,557 - 567。

7大梁,美国;Luehmann大肠;弗洛雷斯,l;WO2011/107398A1

8拜伦,m .高速公路向生物聚合物:Biobased单体的突破和构建块,10月9日,2013;http://www.specialchem4bio.com/articles/2013/10/bio-the-highway-towards-bio-polymers。

9http://en.wikipedia.org/wiki/Biorefinery。

10http://www2.dupont.com/Cerenol_Polyols/en_US/和http://duponttateandlyle.com/。

确认

作者要感谢比尔·斯和斯蒂夫·泰森Sartomer美洲的技术服务和开发团队的支持和建议支持本文的养护和检测方法。

本文提出了在2014年RadTech紫外线& Rosemont EB大会上。