Исследование свойств водных дисперсий гидроксилсодержащих акрилатов и полиизоцианатов и покрытий на их основе
Дипломная работа - Химия
Другие дипломы по предмету Химия
ьзовались дисперсии гидроксилсодержащих полиакрилатов, сложных полиэфиров или полиэфиров, модифицированных уретанами.
Основные свойства покрытий, такие как блеск и стойкость, непосредственно зависят от образования однородной и плотной трехмерной сетки полимера. Главным условием для достижения этого является требование, чтобы дисперсия гидроксилсодержащего полимера смешивалась с полиизоцианатом как можно более однородно. Диспергированию полиизоцианатов в водной фазе способствуют три фактора: уменьшение межфазного поверхностного натяжения, применение больших усилий сдвига при эмульгировании и низкая вязкость непрерывной фазы (полиизоцианатного компонента).
Межфазное поверхностное натяжение можно снизить, используя гидро-фобизированные путем внутренней модификации полиизоцианаты. Данный эффект могут дать и внешние эмульгаторы, такие как подходящий полиол. Однако избыточная гидрофилизация будет отрицательно сказываться на свойствах покрытия [1]. При более низкой гидрофильности необходимо использовать диспергирующее оборудование, обеспечивающее высокие сдвиговые усилия. Очень эффективным оказалось струйное диспергирование, и этот способ, наряду с выбором соответствующих полиолов, позволяет применять гидрофобные полиизоцианаты.
Современные, модифицированные полиизоцианаты характеризуются как высокой функциональностью, так и низкой вязкостью, что обеспечивает легкое смешение. В этом отношении наилучшими свойствами обладают анионно-модифицированные полиизоцианаты. После смешения полиизоцианата с водным полиолом в течение времени жизни и при отверждении параллельно протекают ряд химических реакций.
Кроме желаемой реакции сшивания за счет взаимодействия изоцианатных и гидроксильных групп с образованием уретановых групп, изоцианатные группы реагируют также с водой с образованием мочевины и диоксида углерода. Однако эта реакция протекает относительно медленно и также повышает плотность полимерной сетки. Карбоксильные группы анионно-стабилизированной дисперсии полиола также реагируют с изоцианатами. Однако это взаимодействие происходит в сколько-либо заметной степени только тогда, когда нейтрализующий агент испаряется из лакокрасочной пленки. Вследствие того, что реакция между изоцианатными группами и водой протекает медленно, способность лакокрасочного материала к нанесению мало изменяется в течение времени жизни. При правильном выборе компонентов можно добиться жизнеспособности вплоть до 8 часов [4]. При использовании подходящего связующего образующийся при отверждении пленки углекислый газ не будет приводить к образованию в ней пузырьков, поскольку он успевает диффундировать из пленки сразу же, как только он образуется.
.2 Полиизоцианаты
Как правило, изоцианаты получают взаимодействием соответствующих первичных аминов с фосгеном [1]:
Также были разработаны альтернативные процессы производства без фосгена. Один из таких процессов заключается в реакции амина с мочевиной и спиртом с образованием уретана, который затем термически распадается с образованием изоцианата:
Все стандартные промышленные полиизоцианаты, применяемые при получении покрытий, являются производными всего нескольких диизоцианатов с алифатическими или ароматическими изоцианатными группами. В таблице 1 представлены наиболее важные диизоцианаты, выпускаемые в промышленном масштабе [1].
Таблица 1 - Промышленные диизоцианаты
Название диизоцианатаФормулаГексаметилендиизоцианат (ГДИ)Изофорондиизоцианаты (ИФДИ)2,4 и 2,6-толуилендиизоцианат (ТДИ)Ксилилендиизоцианат
Директива об опасных веществах относит мономерные диизоцианаты к токисчным веществам. ТДИ недавно был отнесен к особо токсичным веществам [1]. По соображениям производственной гигиены мономерные диизоцианаты обычно не применяют в качестве сырья для покрытий. Их сначала необходимо перевести в более высокомолекулярные, физиологически не столь опасные полиизоцианаты путем соответствующих модифицирующих реакций.
Наиболее характерными реакциями полиизоцианатов являются реакции присоединения сореагентов, содержащий активный атом водорода. Особенно легко протекают реакции с гидроксильными, аминными и карбоксильными группами. В таблице 2 приведен перечень основных реакций изоцианатных групп.
Таблица 2 - Основные реакции изоцианатов (схематически)
Реакция с:Уравнение реакцииспиртом с образованием уретанауретаном с образованием аллофанатаамином с образованием мочевиныводой с образованием мочевинымочевиной с образованием биурета
Еще одним аргументом в пользу превращения диизоцианатов в полиизоцианаты - кроме уже упоминавшегося аспекта производственной гигиены - является возможность увеличить их функциональность. Описанные выше реакции позволяют получать полиизоцианаты с функциональностью больше двух. Что необходимо для образования пространственно сшитых продуктов. Только в этом случае достигается необходимая плотность сшивки в лакокрасочной пленке, обеспечивающая ее высокую стойкость. В других отношениях характерные свойства основного изоцианата сохраняются в его производных, например, светостойкость алифатических изоцианатов и склонность к пожелтению ароматических. Полиизоцианаты на основе циклоалифатических диизоцианатов повышают твердость, а иногда и хрупкость покрытий, которые при необходимости можно эластифицир