成膜树脂聚氨酯及其他精选课件.ppt
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- 树脂 聚氨酯 及其 精选 课件
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1、2022-8-12涂料化学1第四章第四章 成膜树脂的品种及性能成膜树脂的品种及性能4.1 酚醛树脂酚醛树脂4.2 聚酯树脂聚酯树脂4.3 醇酸树脂醇酸树脂4.4 不饱和树脂不饱和树脂4.5 氨基树脂氨基树脂4.6 丙烯酸树脂丙烯酸树脂4.7 环氧树脂环氧树脂4.8 聚氨酯树脂聚氨酯树脂4.9 其他树脂其他树脂2022-8-12涂料化学24.8 聚氨酯树脂聚氨酯树脂主要内容主要内容1.聚氨酯树脂的组成和结构聚氨酯树脂的组成和结构2.聚氨酯树脂的制备聚氨酯树脂的制备3.聚氨酯树脂的性能特点聚氨酯树脂的性能特点4.聚氨酯树脂的黄变聚氨酯树脂的黄变5.聚氨酯树脂在涂料中的应用聚氨酯树脂在涂料中的应用2
2、022-8-12涂料化学3RNHCOOR4.8.1 聚氨酯树脂的组成与结构聚氨酯树脂的组成与结构一一.聚氨酯树脂的组成聚氨酯树脂的组成 聚氨酯即聚氨基甲酸酯,是指聚合物中含聚氨酯即聚氨基甲酸酯,是指聚合物中含有相当量的氨酯键。其氨酯键的结构如下:有相当量的氨酯键。其氨酯键的结构如下:二二.聚氨酯树脂的结构特点聚氨酯树脂的结构特点 聚氨酯树脂最大的特点是在树脂分子中含聚氨酯树脂最大的特点是在树脂分子中含有氨酯键。有氨酯键。由于树脂分子链含有氨基甲酸酯基,分子由于树脂分子链含有氨基甲酸酯基,分子间存在很强的间存在很强的氢键作用力氢键作用力。2022-8-12涂料化学44.8.2 聚氨酯树脂的制备及
3、反应特性聚氨酯树脂的制备及反应特性一一.聚氨酯树脂的制备聚氨酯树脂的制备 聚氨酯是由聚氨酯是由多异氰酸酯多异氰酸酯(常用的是二异氰酸酯)与(常用的是二异氰酸酯)与多元醇多元醇(包括含羟基的低聚物)反应生成的。(包括含羟基的低聚物)反应生成的。HOnOCN-R-NCO+nHO-R-OH*R-N-C-O-R-O-C-NnOH 反应中,一个分子中的活性氢原子转移到另反应中,一个分子中的活性氢原子转移到另一个分子中去。一个分子中去。OHR-N=C=O+HO-RR-N-C-O-R2022-8-12涂料化学5 多异氰酸酯与多元醇生成高聚物的过程是逐步加多异氰酸酯与多元醇生成高聚物的过程是逐步加成聚合的过程
4、。反应过程中,无副产物生成成聚合的过程。反应过程中,无副产物生成1.几种常用的二异氰酸酯几种常用的二异氰酸酯(1)甲苯二异氰酸酯(甲苯二异氰酸酯(TDI)TDI为芳香族异氰酸酯,反应活性高,利于制造泡沫为芳香族异氰酸酯,反应活性高,利于制造泡沫塑料、涂料等;由于甲基的位阻影响,塑料、涂料等;由于甲基的位阻影响,4位位NCO的活性比的活性比2位位NCO高,制造预聚物时便于控制,粘度较低。高,制造预聚物时便于控制,粘度较低。2022-8-12涂料化学6(2)二苯甲烷二异氰酸酯()二苯甲烷二异氰酸酯(MDI)MDI的使用量较的使用量较TDI少。少。主要优点主要优点(A)游离)游离MDI的蒸气压远比的
5、蒸气压远比TDI低,毒性较低;低,毒性较低;(B)MDI的对称结构,使其漆膜的强度、耐磨性、的对称结构,使其漆膜的强度、耐磨性、弹性均优于弹性均优于TDI涂料,而且干燥迅速。涂料,而且干燥迅速。2022-8-12涂料化学7主要缺点主要缺点(3)苯二亚甲基二异氰酸酯()苯二亚甲基二异氰酸酯(XDI)虽然含有苯环,但属于脂肪族异氰酸酯。虽然含有苯环,但属于脂肪族异氰酸酯。(A)MDI是固体,不便于管道输送和投料;是固体,不便于管道输送和投料;(B)MDI涂料的泛黄比涂料的泛黄比TDI更严重;更严重;(C)MDI的两个的两个NCO基的反应活性相同,不便于对基的反应活性相同,不便于对反应进行控制。反应
6、进行控制。2022-8-12涂料化学8(4)已二异氰酸酯()已二异氰酸酯(HDI)属于脂肪族二异氰酸酯,和属于脂肪族二异氰酸酯,和TDI一样,蒸汽压高,一样,蒸汽压高,毒性大。毒性大。(5)异佛尔酮二异氰酸酯异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)2022-8-12涂料化学9(6)二环已基甲烷二异氰酸酯()二环已基甲烷二异氰酸酯(H12MDI)2022-8-12涂料化学10还有其他的异氰酸酯:还有其他的异氰酸酯:四甲基间苯二甲基二异四甲基间苯二甲基二异氰酸酯氰酸酯烯类异氰酸酯烯类异氰酸酯2022-8-12涂料化学11制备聚氨基甲酸酯的方法还有:制备聚氨基甲酸酯的方法还有:(A)氯甲酸酯与胺的反应)氯甲酸
7、酯与胺的反应RNHRCOClOH2NRCOOR+HCl(B)氨基甲酰氯与醇反应)氨基甲酰氯与醇反应RNHRCClORCOOR+HClNHHO(C)醇与脲加热反应)醇与脲加热反应RCOH2NRCOO+HONH2NH3NH22022-8-12涂料化学12 异氰酸酯异氰酸酯RN=C=O具有两个杂积累双键,非常具有两个杂积累双键,非常活泼,极易与其他含活泼氢原子的化学物反应。活泼,极易与其他含活泼氢原子的化学物反应。二二.异氰酸酯的反应性能异氰酸酯的反应性能 一般来说,氧原子上的电子密度最高,呈负电性,一般来说,氧原子上的电子密度最高,呈负电性,氮原子上的电子密度较氧原子低,但也呈负电性,其氮原子上的
8、电子密度较氧原子低,但也呈负电性,其中碳原子是正电性,因此易遭亲核试剂进攻。中碳原子是正电性,因此易遭亲核试剂进攻。2022-8-12涂料化学131.与醇的反应与醇的反应2.与水的反应与水的反应3.与胺反应生成与胺反应生成2022-8-12涂料化学144.与脲反应与脲反应5.与羧酸反应与羧酸反应6.与氨基甲酸酯反应与氨基甲酸酯反应2022-8-12涂料化学157.与肟反应与肟反应8.与苯酚(或烯醇)反应与苯酚(或烯醇)反应2022-8-12涂料化学1610.自聚反应自聚反应聚噁唑烷酮耐高温树脂聚噁唑烷酮耐高温树脂9.与环氧基反应与环氧基反应2022-8-12涂料化学174.8.3 聚氨酯树脂的
9、主要性能聚氨酯树脂的主要性能 这是因为聚氨酯树脂分子之间能形成非环及这是因为聚氨酯树脂分子之间能形成非环及/或环或环形的氢键。形的氢键。一一.优异的机械耐磨性和韧性能优异的机械耐磨性和韧性能2022-8-12涂料化学18 在外力作用下,氢键可分离而吸收外来的能量在外力作用下,氢键可分离而吸收外来的能量(每摩尔吸收(每摩尔吸收1025KJ)。当外力除去后又可重新再形)。当外力除去后又可重新再形成氢键。如此的氢键裂开,又再形成的可逆重复,使成氢键。如此的氢键裂开,又再形成的可逆重复,使聚氨酯树脂具有高度机械耐磨性和韧性。聚氨酯树脂具有高度机械耐磨性和韧性。与其他树脂相比,在相同硬度条件下,由于氢键
10、与其他树脂相比,在相同硬度条件下,由于氢键的作用,聚氨酯的断裂伸长率最高。的作用,聚氨酯的断裂伸长率最高。二二.优良的保护和装饰性能优良的保护和装饰性能 如环氧树脂、氯化橡胶等保护功能好而装饰性稍如环氧树脂、氯化橡胶等保护功能好而装饰性稍差;硝基树脂则装饰性好而保护功能差。然而聚氨酯差;硝基树脂则装饰性好而保护功能差。然而聚氨酯树脂兼具保护和装饰性。树脂兼具保护和装饰性。2022-8-12涂料化学19 聚氨酯树脂对多种物面(金属、木材、橡胶、混聚氨酯树脂对多种物面(金属、木材、橡胶、混凝土、某些塑料等)均有优良的附着力。一般,对某凝土、某些塑料等)均有优良的附着力。一般,对某些金属表面,聚氨酯
11、树脂的附着力稍逊于环氧树脂;些金属表面,聚氨酯树脂的附着力稍逊于环氧树脂;但对于橡胶则聚氨酯树脂超过还氧树脂。但对于橡胶则聚氨酯树脂超过还氧树脂。三三.漆膜附着力强漆膜附着力强 聚氨酯树脂涂膜的弹性可以根据需要而调节,调聚氨酯树脂涂膜的弹性可以根据需要而调节,调节树脂的成分配比,可从极坚硬的调节到极柔韧的弹节树脂的成分配比,可从极坚硬的调节到极柔韧的弹性涂层,而一般涂料如环氧、不饱和聚酯、氨基醇酸性涂层,而一般涂料如环氧、不饱和聚酯、氨基醇酸等只能制成刚性涂层,难以赋予高弹性。等只能制成刚性涂层,难以赋予高弹性。四四.弹性可调弹性可调2022-8-12涂料化学20五五.漆膜具有优良的耐化学药品
12、性,耐酸、碱、盐液、漆膜具有优良的耐化学药品性,耐酸、碱、盐液、石油产品等特性石油产品等特性六六.能在高温烘干,也能在低温固化能在高温烘干,也能在低温固化 环氧、不饱和聚酯在环氧、不饱和聚酯在10以下就难以固化,而聚以下就难以固化,而聚氨酯在氨酯在0 也能正常固化。也能正常固化。2022-8-12涂料化学21 氨酯基受紫外线照射后分解生成胺。芳香胺氧化氨酯基受紫外线照射后分解生成胺。芳香胺氧化生成醌发色团。生成醌发色团。MDI氧化后生成双醌酰亚胺,泛黄比氧化后生成双醌酰亚胺,泛黄比TDI的单醌更严重。的单醌更严重。4.8.4 聚氨酯树脂的黄变聚氨酯树脂的黄变2022-8-12涂料化学22 脂肪
13、族氨酯键比芳香族脂肪族氨酯键比芳香族氨酯键稳定,而且即使分解氨酯键稳定,而且即使分解成为脂肪胺,也不像芳香胺成为脂肪胺,也不像芳香胺容易变色,因为没有苯环共容易变色,因为没有苯环共轭作为助色团,脂肪胺又不轭作为助色团,脂肪胺又不易氧化,因而不泛黄。芳脂易氧化,因而不泛黄。芳脂族的族的XDI虽有芳环,但氨酯虽有芳环,但氨酯键不直接连接于芳环,中间键不直接连接于芳环,中间隔有亚甲基,阻止共轭的形隔有亚甲基,阻止共轭的形成,所以也不会泛黄。成,所以也不会泛黄。2022-8-12涂料化学234.8.5 聚氨酯树脂在涂料中的应用聚氨酯树脂在涂料中的应用一一.聚氨酯涂料的分类聚氨酯涂料的分类单组分单组分双
14、组分双组分氨酯油氨酯油封闭型封闭型潮气固化潮气固化催化固化催化固化羟基固化羟基固化固化条件固化条件氧固化氧固化热烘烤氨酯热烘烤氨酯交换交换湿润空气湿润空气在催化剂作在催化剂作用下用下与羟基交联与羟基交联反应反应游离游离NCO无无无无较多较多较多较多较少较少干燥时间干燥时间 0.5-3.0高温烘烤高温烘烤按湿度大小按湿度大小约数约数h 约约0.5-4.02.0-8.0耐化品性耐化品性尚好尚好优异优异优异优异优异优异优异优异施工期限施工期限长长长长约约1天天数小时数小时约约8h主要用途主要用途地板漆地板漆一般维护漆一般维护漆电磁线漆电磁线漆绝缘漆绝缘漆地板漆、耐腐蚀涂料地板漆、耐腐蚀涂料各种用途各
15、种用途品种品种性质性质2022-8-12涂料化学24二二.几种重要的聚氨酯涂料几种重要的聚氨酯涂料 氨酯油是先将干性油与多元醇进行酯化,再与二氨酯油是先将干性油与多元醇进行酯化,再与二异氰酸酯反应,以油脂中的不饱各双键在空气中干燥异氰酸酯反应,以油脂中的不饱各双键在空气中干燥(在催干剂作用下在催干剂作用下)的涂料。的涂料。1.氨酯油氨酯油(1)性能及用途)性能及用途(A)比醇酸树酯快干,硬度高,耐磨性好,抗水,)比醇酸树酯快干,硬度高,耐磨性好,抗水,抗碱,这是因为氨酯键之间可以形成氢键。抗碱,这是因为氨酯键之间可以形成氢键。(B)尽管氨酯油漆膜的性能不及含)尽管氨酯油漆膜的性能不及含NCO基
16、的聚氨酯基的聚氨酯漆,但正因为不含漆,但正因为不含NCO基,所以有良好的贮存稳定性,基,所以有良好的贮存稳定性,制造色漆手续简单,施工方便,价格较低,不易泛黄。制造色漆手续简单,施工方便,价格较低,不易泛黄。2022-8-12涂料化学252.双组分聚氨酯涂料双组分聚氨酯涂料 双组分聚氨酯涂料(双组分聚氨酯涂料(NCO/OH)主要指羟基固化)主要指羟基固化的双组分聚氨酯涂料。的双组分聚氨酯涂料。(1)多异氰酸酯组分(甲组分)多异氰酸酯组分(甲组分)要求具有良好的溶解性以及与其他树脂的混溶性,要求具有良好的溶解性以及与其他树脂的混溶性,与乙组分合并后,可使用期限较长,与乙组分合并后,可使用期限较长
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