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白色水性聚氨酯路标涂料制备

2011年10月31日 星期四 来源:防腐涂料网 我来说两句 保存为书签

吴明江,阮家声,王雪琴,蔡彦,左向阳,李亚勇

(航天科技集团公司四院四十二所,湖北襄樊441003)

摘要:以聚己二酸丁二醇酯二醇(PBA)、二羟甲基丙酸(DMPA)和甲苯二异氰酸酯(TDI)等为主要(文章来源环球聚氨酯网)原料,配合防老剂和紫外光吸收剂,用预聚体法制备不挥发物质量分数为40%的单组分水性聚氨酯树脂;以此树脂为基础,用钛白粉作为着色剂,制备白色水性聚氨酯路标涂料。研究结果表明,预聚体法制备的水性聚氨酯树脂在40℃下放置24h即可达到最终性能;水性聚氨酯树脂在水中呈柱状分散;以此树脂制备的水性聚氨酯路标涂料附着良好,表干时间短,各项指标符合路标涂料技术标准。

关键词:水性聚氨酯;预聚体;路标涂料

中图分类号:TQ630.7 文献标识码:A 文章编号:1672-2191(2011)01-0061-03

我国的公路总里程已达到368万km[1] ,公路承担的客、货运量分别占全国总运量的88.7%和99%,是国民经济发展的基础和命脉[2] 。但是与发达国家相比,我国的交通基础设施不足,管理薄弱。例如道路线标,除了大中城市和高等级公路外,一般道路上大部分无标线,严重影响行车安全。

我国研制及使用路标涂料的历史不长,最早在20世纪70年代使用氧化固化型酯胶漆[3] ,80年代开发了环氧、氯化橡胶、丙烯酸型路标涂料。

到了90年代,随着我国丙烯酸工业的迅速发展,丙烯酸路标涂料成了我国溶剂型自干路标涂料的主流[4] 。目前我国路标涂料以丙烯酸类常温溶剂型和C5石油树脂及松香改性树脂类的热熔型为两大支柱,均为低档溶剂型路标涂料。

近年来开始研制并使用水性标线涂料,但国内市场占有率非常小,不像北美洲大面积使用。

水性标线涂料的主要特征是以水代替溶剂,有机挥发物含量(VOC)极低,属环保性产品,施工方式主要是喷涂。

目前,水性路标涂料主要是水性丙烯酸型,考虑到水性聚氨酯在性能方面独特的优势,开发水性聚氨酯路标涂料是个不错的选择。

1实验部分

1.1主要原料

聚己二酸丁二醇酯二醇(PBA):工业品,青岛新宇田;甲苯二异氰酸酯(TDI):工业品,甘肃银光;二羟甲基丙酸(DMPA):工业品,广州汇采;三乙胺(TEA):分析纯,上海化学试剂公司;钛白粉:杜邦公司;重晶石粉:福威矿业。

1.2路标涂料用水性聚氨酯树脂合成

将计量好的聚酯多元醇、DMPA、小分子扩链剂及交联剂加入四口烧瓶,缓慢升温至100℃,减压脱水2h,降温至55~65℃,加入计量好的TDI,在75℃反应3h,二正丁胺滴定反应终点,将物料降温至50℃以下,加入DMPA量的90%的TEA中和10min,然后将物料加入计量好的水中,乳化15min,得到一不挥发物质量分数为40%、半透明的淡蓝色乳液,0.074mm(200目)滤网过滤,备用。将此乳液在40℃下熟化24h,得到性能稳定的水性聚氨酯树脂。

1.3白色路标涂料制备

取240g上述水性聚氨酯树脂,加入润湿分散剂和消泡剂,充分搅拌,然后向乳液中加入150g钛白粉,100g重晶石粉,充分研磨,再加入流平剂、杀菌防腐剂等助剂,调整黏度和pH值,即得到一白色路标涂料。

1.4路标涂料的分析测试

路标涂料的分析测试按照JT/T280—2004路面标线涂料[5]执行。

2结果与讨论

2.1乳化前NCO含量对乳液性能的影响

预聚法制备水性聚氨酯时,为了能保证乳化前的预聚体黏度和乳化后树脂的相对分子质量,异氰酸酯要保证一定的过量,即在乳化前是NCO封端的预聚体。NCO的含量决定着乳化前预聚体的黏度,直接影响是否能顺利乳化;NCO的含量对乳化后树脂的分子结构有很大的影响,随着NCO含量的增加,树脂中脲键的含量增大,树脂的内聚强度增强;因此,预聚法合成水性聚氨酯时选择合适的NCO含量尤为重要。预聚体中NCO含量对乳液的性能影响见表1。

由表1可知,随着NCO含量的增加,预聚体的相对分子质量和黏度减小,乳化性能由难变易,乳液中胶粒粒径的变化使得乳液状态由乳白变为淡蓝至淡黄。NCO含量过低,预聚体相对分子质量和黏度较大,造成转相困难,贮存稳定性较差;NCO含量过高,在一定的DMPA含量下,部分预聚体分子链上可能没有亲水基团,造成乳液中胶粒的亲水性和相对分子质量差异较大,贮存稳定性差。所以选择预聚体中NCO质量分数在3%左右较为适宜。

2.2水性聚氨酯树脂的性能稳定性

含NCO的预聚体在水中乳化后,NCO不能很快反应完全,特别是一些包裹在胶粒内部的NCO基团;因此,预聚法合成水性聚氨酯需要一个熟化过程。实验表明,制备的乳液在40℃下后熟化24h,气质联用分析显示,基本无CO2气体放出,可以认定NCO已经完全参加反应,树脂的性能处于稳定状态。

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2.3水性聚氨酯乳液的分散形态聚氨酯乳液中胶粒呈柱状分散,有别于丙烯酸乳液胶粒的球形分散(图1、图2)。

丙烯酸乳液一般是外乳化法制备,制备前要将丙烯酸单体在乳化剂存在下分散在水中,聚合过程也是在乳化剂中进行,属于无规共聚,在表面张力作用下呈球形分散。聚氨酯乳液一般是自乳化法制备,软段相对分子质量相对较大,因而具有一定的空间长度,乳化后分子之间相互缠绕形成柱状分散。

在干燥过程中,球形分散形成的堆砌结构远没有柱状结构形成的堆砌结构稳定,相对来说水性丙烯酸树脂的机械性能要比水性聚氨酯树脂差;另外,在干燥过程中,丙烯酸乳液中的乳化剂不能挥发,其树脂耐水性一般也明显弱于水性聚氨酯树脂。

2.4水性聚氨酯路标涂料的性能[5]

用水性聚氨酯树脂配制的普通水性路标涂料耐水性较好,见图3;附着性能优异,见图4。

由图3、4可知,水性聚氨酯树脂制备的路标涂料耐水和附着性能优良,其主要性能见表2。

3结论

1)采用PBA、DMPA及其他助剂和TDI合成预聚体,当乳化前预聚体NCO的质量分数在3%左右,可制得易于分散且贮存稳定性较好的水性聚氨酯乳液。

2)将预聚法制备的水性聚氨酯乳液在40℃下后熟化24h,可得到性能稳定的水性聚氨酯树脂。

3)水性聚氨酯树脂胶粒在水中呈柱状分散,有别于丙烯酸乳液的球形分散形态,这可能是内乳化与外乳化的不同乳化方式造成的,使得水性聚氨酯树脂制备的路标涂料的耐水性能较好,符合指标要求。

4)此树脂的各项性能基本满足指标要求,可以用作水性路标涂料。

参考文献

[1]郭力.道路交通标线涂料的新动向[J].现代涂料与涂装,2009(11):36-39,43.

[2]杜玲玲.水性道路标线涂料的发展与待解问题[J].中国涂料,2002(2):12-13.

[3]陈东初,刘亚莉.路标涂料的现状及发展方向[J].电镀与涂饰,2004(2):57-60.

[4]梁哲.水性路标涂料的研制[J].上海涂料,2006(5):6-7.

[5]匡金和,苏文英,杜玲玲,等.JT/T280—2004路面标线涂料[S].北京:中华人民共和国交通部,2004:6-7.

 
 
 
 

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