Исследование свойств водных дисперсий гидроксилсодержащих акрилатов и полиизоцианатов и покрытий на их основе
Дипломная работа - Химия
Другие дипломы по предмету Химия
ы являются реальной и экономически обоснованной альтернативой органорастворимым аналогам. Они позволяют снизить содержание ЛОС без ухудшения качества. В связи с этим тема работы, направленная на изучение свойств водных дисперсий гидроксилсодержащих акрилатов и полиизоцианатов и покрытий на их основе является актуальной.
. Объекты и методы исследования
2.1 Выбор и характеристика объектов исследования
В качестве объектов исследования нами выбраны водные двухупаковочные полиуретановые системы являющиеся материалами с низким содержанием органических соединений, конкурирующими с обычными органоразбавляемыми лакокрасочными материалами. В этих двухфазных системах очень большое значение для достижения высокого качества получаемых покрытий имеет правильный выбор водной дисперсии полиола, и выбор полиизоцианатного сшивающего агента.
В последние годы все большее распространение получают полиуретановые лакокрасочные материалы с использованием в качестве гидроксилсодержащего компонента акриловых смол. Повышенный интерес к такого типа пленкообразующим обусловлен широкой возможностью варьирования свойств путем соответствующего подбора мономеров и отвердителей. При отверждении их различными полиизоцианатами можно получать материалы с высокими эксплуатационными свойствами: хорошая адгезия, высокий глянец, быстрое высыхание, стойкость к истиранию, устойчивость к растворителям и атмосферным воздействиям. Акрилуретановые покрытия превосходят полиэфируретановые по блеску, адгезии, а также атмосферостойкости, что обусловлено отсутствием в акриловом скелете омыляемых эфирных групп.
В связи с этим, в качестве гидроксилсодержащего компонента, нами были выбраны акриловые смолы с различным содержанием гидроксильных групп.
Существует две возможности для образования трехмерной структуры из водных полимерных дисперсий: применение гидрофобных низковязких полиизоцианатов; применение гидрофильно-модифицированных, самостоятельно эмульгирующихся полиизоцианатов. Если низковязкие гидрофобные полиизоцианаты можно ввести в водные дисперсии только с использованием подходящих сопутствующих органических растворителей и высоких скоростей сдвига, то в случае гидрофильно-модифицированных полиизоцианатов появляется возможность получения гомогенной и не содержащей сорастворителей смеси связующего и сшивающего агента путем простого смещения вручную.
Для изучения свойств водных двухупаковочных полиуретановых материалов в качестве сшивающих агентов были выбраны два гидрофильных полиизоцианата с различной химической модификацией.
А) Неионогенный гидрофильно-модифицированный полиизоцианат
Для его получения используется простая реакция алифатических или циклоалифатических полиизоцианатов, таких как тримеры ГДИ, с низкомолекулярными монофункциональными простыми полиэфироспиртами на основе окиси этилена [1]. Строение неионогенной гидрофильно-модифицированной молекулы полиизоцианта можно представить следующим образом.
Такие гидрофилизованные полиизоцианаты можно легко эмульгировать в воде вручную без применения больших усилий сдвига. Водоэмульгируемые полиизоцианаты этого типа в настоящее время являются общепринятыми сшивающими агентами для большинства водных лакокрасочных материалов.
Б) Ионно-модифицированный полиизоцианат
Получение происходит за счет того, что алифатические полиизоцианаты взаимодействуют в мягких условиях с 3-(цикло-гексиламино)пропан-1-сульфоновой кислотой (CAPS), цвиттер-ионной аминосульфоновой кислотой, в присутствии нейтрализующих третичных аминов
Основные характеристики полиизоцианатных отвердителей, использованных в исследовании, представлены в таблице 4.
Таблица 4 - Характеристика полиизоцианатных отвердителей
ХарактеристикаПолиизоцианат № 1Полиизоцианат № 2Тип полиизоцианатаИонно-модифицированный тримерНеионогенный гидрофильно-модифицированный тримерСодержание нелетучих (%); DIN ISO 3251100100Динамическая вязкость (мПа*с); DIN EN ISO 3219/А.360003300Функциональность, %3, 43, 2Содержание NCO групп (%);DIN EN ISO 11909/А20, 517, 4
В качестве полиолов нами выбраны гидроксилсодержащие акрилаты, различающиеся содержанием гидроксильных групп.
Основные характеристики водных дисперсий полиолов, использованных в исследованиях, представлены в таблице 5.
водорастворимый полиуретановый покрытие двухупаковочный
Таблица 5 - Характеристика водных дисперсий полиола
ХарактеристикаПолиол № 1Полиол № 2Тип водной дисперсииполиакрилатнаяполиэфир-полиакриловаяСухой остаток (%);DIN EN ISO 32514145Кислотное число (мгKOH/г); DIN EN ISO 21141012Содержание гидроксильных групп (%);DIN EN ISO 2811 - 253,8
.2Методы исследований
А) Исследование содержания в пленке гель-золь-фракции
Метод определения степени отверждения покрытий по содержанию в пленке гель-золь-фракции основан на способности растворимой части пленки (золь-фракция), не связанной в полимерную сетку (гель-фракция), вымываться органическим растворителем. Метод заключается в количественном определении золь фракции с помощью экстрактора Сокслета, работающего в автоматическом режиме [6].
Данный метод был применен нами для изучения кинетики отверждения композиции. Исследование проводилось в процессе отверждения покрытия, наносимого на подложку сразу; через 1; 2; 3; 4 и 5 часов.
Б) Микроскопическое исследование структуры сформированных покрытий
О?/p>