醇溶性聚氨酯封闭底漆的研制
               李相权 （浙江南方涂料工业有限公司，浙江东阳 322100）
    摘要 ：选用环保型溶剂替代二甲苯等有毒溶剂，制备了醇溶性聚氨酯封闭底漆，减少环境污染。讨论了影响封闭底漆性能的各种因素。
    关键词：醇溶性聚氨酯封闭底漆；环保型涂料；研制
    中图分类号：TQ 630.7 文献标识码：A 文章编号 ：1009-1696（2013）01-0013-02
    0· 引言
    目前一般家具厂因成本原因，大多选用质地较差、材松质软的多孔底材，有些贴木底材也有很多木纹、管口、孔隙等。当孔隙较多、缝隙较深时，其中含有较多的空气，涂装时易产生气泡、针孔、痱子等弊病，一般要喷涂封闭底漆对基材进行封闭处理。封闭底漆渗透力强，能有效填充底材孔隙，阻隔木材中残余的少量水分和挥发性物质向外扩散，有效封闭底材，减缓木材因吸湿而产生的变形，同时防止上层涂料向木材渗入，在一定程度上提高涂膜丰满度，防止涂层下陷。目前使用的聚氨酯封闭底漆因固含量低，溶剂排放量大，不符合环保要求。
    本文研制了一种醇溶性聚氨酯封闭底漆，不含游离TDI（甲苯二异氰酸酯），使用醇类低毒溶剂稀释，可改善操作环境，降低对操作人员的伤害。
    1· 实验部分
    1.1 原材料
    TDI（甲苯二异氰酸酯，80/20），三羟甲基丙烷，聚酯多元醇，一元醇功能单体，抗氧剂，催化剂，丙二醇甲醚醋酸酯，乙醇，流平剂，消泡剂，均为工业品。
    1.2 合成工艺
    依次在反应瓶中加入TDI、丙二醇甲醚醋酸酯、三羟甲基丙烷、聚酯多元醇和抗氧剂，升温至60℃反应1 h，再升温至72~75℃保温2 h，然后升温至80~84℃保温1 h，降温至60℃，加入一元醇功能单体，于60~65℃反应1 h 后开始测定—NCO 含量，—NCO含量合格后，加入余下的丙二醇甲醚醋酸酯，以及乙醇、流平剂和消泡剂，搅拌均匀，出料。
    1.3 性能指标
    颜色：<1# ；
    黏度（涂-4 杯，25℃）：22~28 s ；
    固含量：43%~47% ；
    —NCO 含量：<0.1% ；
    游离TDI ：<0.01% ；
    表干时间：40 min ；
    实干时间：6 h ；
    硬度：HB ；
    附着力：1 级；
    配伍性：喷涂聚氨酯面漆无不良性。
    2· 结果与讨论
    2.1 反应温度的影响
    TDI 与多元醇的加成反应是放热反应，反应温度越高，外界给予的热量越多，各种物料越易被氧化，产物的颜色越深，同时反应速度越快，越不利于反应的控制，工艺越不稳定，产物的相对分子质量难以控制，生成的高聚物太多，表现为溶解性差，黏度高，甚至有可能造成胶凝。另外，理论研究表明，TDI 分子中2 个—NCO 基的反应活性存在差异，在聚氨酯涂料中，人们常利用4 位—NCO 基比2 位—NCO 基反应活性强的特点，使4 位—NCO 基优先加成或聚合，留下2 位—NCO 基与羟基树脂进行交联反应。4 位—NCO 基和2 位—NCO 基的相对活性差距越大，合成产品的相对分子质量分布越均匀，混溶性越好，贮存稳定性也越好。随着温度的升高，这种反应活性差异逐渐变小，反应温度越高，TDI 分子中的2 个—NCO 基团的活性差异越小，从而使产物的相对分子质量分布越不均匀，产物性能越差。但反应温度过低，所需反应时间长，TDI 反应不完全，残留TDI 过多，导致反应后期加入一元醇材料反应时生成大量低相对分子质量产物，使产品贮存稳定性差，漆膜硬度低，易起粒。
    本反应选择在60~65℃使—NCO 基和—OH 基反应，并在70~72℃保温，使反应平稳进行，再升温至80~84℃，在此温度下促进游离TDI 单体进一步反应，降低游离TDI 含量，最后加入一元醇功能单体，使预聚物中的—NCO 基与一元醇功能单体反应，使游离TDI 含量趋于零，最终反应易于控制。
    2.2 n（—NCO）/n（—OH）比值的影响
    在聚氨酯预聚体的合成中，n（—NCO）/n（—OH）比值影响反应工艺的稳定性、产物贮存稳定性及加成物相对分子质量的大小和分布，从而影响涂层的性能。一般降低n（—NCO）/n（—OH）比值，可以降低游离TDI 含量，但这样合成出的产品相对分子质量大，黏度高，工艺不稳定，易胶化。但n（—NCO）/n（—OH）比值增加，游离TDI 含量高。在本反应中，利用TDI 的4 位和2 位—NCO 基反应活性的差异，4位—NCO 基优先反应生成预聚体，留下2 位—NCO基与一元醇功能单体反应。若n（—NCO）/n（—OH）的值太低，不足以封闭所有羟基，则涂膜交联度较低，耐溶剂性、耐化学品性和耐水性下降，甚至涂膜发软或者不能形成致密的漆膜；若n（—NCO）/n（—OH）比值太高，则残留大量游离TDI，与一元醇材料生成低相对分子质量产物，同样使漆膜偏软（表1）。
    

    由表1 可见：当n（—NCO）/n（—OH）<1.9 时，产物的黏度大，n（—NCO）/n（—OH）>2.3 时，虽然预聚体黏度较低，但涂膜表面易产生缩孔。通过试验，确定n（—NCO）/n（—OH）为1.9~2.1 时，涂层性能较好。
    2.3 溶剂的影响
    在合成聚氨酯预聚体时，一般选用二甲苯及醋酸丁酯等溶剂，在生产和施工过程中，溶剂的释放具有较高的生理毒性，对环境造成污染。丙二醇甲醚醋酸酯因其毒性低，溶解力强，在涂料行业中的应用越来越广泛，而乙醇属再生的无毒溶剂，两者配用，代替有毒有害溶剂，减少了有害物质的排放，满足环保、安全和健康的要求。当丙二醇甲醚醋酸酯用量过大时，漆膜干燥时间长，而乙醇用量过多，则漆膜易发白。试验表明：丙二醇甲醚醋酸酯与乙醇用量比为2∶8 时，漆膜性能优异。
    3 ·结语
    制备了一种聚氨酯封闭底漆，选用丙二醇甲醚醋酸酯、乙醇等无毒溶剂，代替有毒有害溶剂，无游离TDI，可用乙醇稀释，使用简便，节约能源，有害物质含量得到有效控制，不仅保护了生产操作人员和施工人员的身体健康，而且有利于保护环境，属于环境友好型涂料产品。