PU亚光清漆耐黄变性能的影响_聚氨酯涂料

论文导读:：聚氨酯涂料中适量的加入硝化棉后虽然对其黄变性有负面影响。涂料市场上众多商家推出了各类聚氨酯亚光清漆产品。其中耐黄变性最好的是椰子油改性醇酸树脂制备的PU亚光清漆。
关键词：聚氨酯涂料，亚光清漆，耐黄变性
 

聚氨酯（PU）是一类用途广泛、性能优良且兼具橡胶和塑料特性的材料。因其性能优异，被广泛应用于航天、汽车、建筑、机械、安全防护、医用及光学仪器设备和小工业品等领域^[1-3]。但目前，涂料市场上众多商家推出了各类聚氨酯亚光清漆产品，如抗黄变亚光清漆、耐黄变亚光清漆、不黄变亚光清漆等等。但文献中对如何做到聚氨酯亚光清漆耐黄变或不黄变，哪些因素对涂料黄变起主要作用报道较少。本课题就是针对聚氨酯亚光清漆所用料树脂、固化剂、硝化棉等具有代表性的原材料进行漆膜的耐黄变性试验，探讨影响聚氨酯亚光清漆的产生黄变的主要因素，从而为制备不黄变的聚氨酯亚光清漆提供依据。

1 实验部分

1.1 实验原料

豆油酸改性醇酸树脂、椰子油改性醇酸树脂、合成脂肪酸醇酸树脂、消光剂（HP860）、微粒化蜡（5551）、润湿剂 (103)、消泡剂（052）、催化剂（PU-12）、防沉剂（R972）、紫外线吸收剂（UV-9）、丁酯、硝化棉（30%1/2秒硝化棉基料）、二甲苯、甲苯二异氰酸酯（TDI）三聚物、六亚甲基二异氰酸酯（HDI）三聚物

1.2 实验方案

（1）PU亚光清漆甲组分方案选择

选用不同树脂组成PU亚光清漆甲组分方案，具体方案见表1，其中树脂选用油酸改性醇酸树脂、椰子油改性醇酸树脂和合成脂肪酸醇酸树脂

表1 亚光清漆甲组分

（2）固化剂的配制

选择不同异氰酸酯组成PU亚光清漆乙组分（固化剂）方案，具体见表2

表2亚光清漆乙组分

1.3 漆膜黄变性检测

将不同甲组分，乙组份同稀释剂以甲组分:乙组分:稀释剂=2:1:1～1.5的配比调制好成漆并涂刷样板，然后在烘箱中烘烤2h烘干。将烘干的涂料样板在紫外灯箱中封闭照射1 h、2 h、3 h聚氨酯涂料，每隔1h取出，使用分光光度计进行变色测量，ΔE表示变色程度，为正值，Δb表示偏黄程度，正值表示偏黄^[4]期刊网。

2 结果与讨论

2.1 树脂对PU亚光清漆黄变性的影响

因树脂易受日光、温度、水分等作用逐步氧化成醛酮和羧酸，并能进一步导致老化，产生黄变基团，从而出现黄变现象^[5]。采用不同类型的树脂按照表1方案配制PU亚光清漆，分别用表2方案配制PU亚光清漆固化剂，利用紫外线加速老化试验讨论树脂对漆膜黄变性的影响。

表3 树脂类型对PU亚光清漆黄变性的影响（TDI三聚物为固化剂）

表4 树脂类型对PU亚光清漆黄变性的影响（HDI三聚物为固化剂）

从表3和表4结果中可以看出，漆膜在经紫外线照射后，色差都与原来有差异，其中Δb＞1时，表示有明显的变黄（三级）。且随着紫外线照射时间增加，黄变性明显增加。其中耐黄变性最好的是椰子油改性醇酸树脂制备的PU亚光清漆，其次是合成脂肪酸改性醇酸树脂，油酸改性醇酸树脂耐黄变性最差。这是紫外线的存在为漆膜的变色反应提供能量、自由基，其提供的能量足以破坏大部分树脂聚合物的化学键，引发自动氧化反应，造成老化降解^[6]。聚氨酯亚光清漆黄变主要是由于芳香族固化剂的苯环与氨基酯共轭，发生氧化重排，形成具有发色基团的醌式结构。

2.2 固化剂对PU亚光清漆黄变性的影响

由表和3表4可知使用脂肪族聚异氰酸酯固化剂HDI时，PU亚光清漆的变色程度和黄变程度明显比使用芳香族聚异氰酸酯固化剂TDI要小得多，这是因为PU受光、热等因素的影响时聚氨酯涂料，TDI三聚物的苯核被逐步氧化成醌结构，该结构导致聚氨酯变黄。而HDI三聚物中的氨酯键较芳香族异氰酸酯的氨酯键稳定，即使分解成脂肪胺，也不易被氧化，因此不泛黄^[7-9]。

2.3 硝化棉对PU亚光清漆黄变性的影响

硝化棉是由脱脂棉花与硝酸、硫酸之混合酸，进行酯化而得。适当的加入硝化棉能改善流平及溶剂释放性，提高干速，提高消光效率及改善消光剂的定向，适当加入对某些体系的涂料保光性是有好处，可改善涂层的打磨及抛光性能。使用椰子油改性醇酸树脂和加入紫外吸收剂的为亚光清漆的甲组分，用含HDI的为PU亚光清漆乙组分，仍按照甲组分:乙组分:稀释剂=2:1:1～1.5的配比配漆制板，进行硝化棉对PU亚光清漆的影响试验，结果如见表5所示。

表5 硝化棉对PU亚光清漆黄变性的影响

从表5可以看出明显看出加入硝化棉后会加速PU亚光清漆漆膜的黄变，且随着加入量的增加，加速程度更大，这可能是因为在紫外线的影响影响下硝化棉会与有机溶剂反应成游离酸，从而产生发色基团，产生黄变。但是硝化棉对漆膜的如改善涂料体系的流平性、溶剂释放性、涂层的打磨、抛光性、保光性，以及提高干燥速度速、消光剂的消光效率等良好作用又是不容忽视的。且硝化棉价格便宜，从降低成本这一因素考虑，生产时应适量加入硝化棉，但其使用量应做合理控制，生产时也经常用醋酸丁酸纤维素来代替硝基纤维素期刊网。

2.4 紫外线吸收剂对黄变性的影响

紫外线吸收剂是能吸收紫外光，并将能所吸收的能量转化为无害能量（如热能）的一种功能性化合物聚氨酯涂料，抑制涂膜产生黄变性，减少紫外光对涂膜的破坏^[10-12]。使用含椰子油改性醇酸树脂和6%硝化棉的为PU亚光清漆甲组分，用含HDI的为PU亚光清漆乙组分，加入紫外线吸收剂UV-9试验对PU亚光清漆耐黄变性的影响，见表6。

表6 紫外线吸收剂对P亚光清漆耐黄变性的影响

表6数据表明，加入紫外线吸收剂后PU亚光清漆的耐黄变性明显增强。这是因为紫外线吸收剂UV-9可通过螯合氢键的形成使得紫外光转化为热能，因而有效地抑制漆膜黄变。但因紫外吸收剂与基料的混溶性及价格等因素影响，紫外线吸收剂的加入应适量，一般为0.1%~0.5%。

3 结论

（1）聚氨酯亚光清漆黄变主要是由于芳香族固化剂的苯环与树脂中氨基酯共轭，发生氧化重排，形成具有发色基团的醌式结构引起的。

（2）聚氨酯涂料中适量的加入硝化棉后虽然对其黄变性有负面影响，但对漆膜的综合性能就有良好的改进作用，因此生产时应适量加入硝化棉。

（3）紫外线吸收剂的加入对漆膜耐黄变效果明显，但出于与基料的混溶性及价格等因素影响，紫外线吸收剂的加入应适量。

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