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聚氨酯常用助劑在涂料、膠黏劑和彈性體生產(chǎn)中的關(guān)鍵作用

聚氨酯常用助劑在涂料、膠黏劑和彈性體生產(chǎn)中的關(guān)鍵作用

聚氨酯(Polyurethane,簡(jiǎn)稱PU)作為一種性能優(yōu)異的高分子材料,廣泛應(yīng)用于涂料、膠黏劑、彈性體等多個(gè)領(lǐng)域。它之所以如此受歡迎,除了其基本結(jié)構(gòu)帶來(lái)的優(yōu)良性能外,還得益于各種助劑的“添磚加瓦”。可以說(shuō),聚氨酯就像一個(gè)“百變魔術(shù)師”,而助劑就是它的魔法道具。

今天我們就來(lái)聊聊這些在幕后默默發(fā)力的“小人物”——聚氨酯常用的助劑們,看看它們是如何在涂料、膠黏劑和彈性體中大顯身手的。


一、什么是聚氨酯助劑?

聚氨酯助劑是指在聚氨酯加工過(guò)程中添加的一類輔助材料,它們本身并不構(gòu)成終產(chǎn)品的主體結(jié)構(gòu),但對(duì)改善加工性能、提升產(chǎn)品性能、延長(zhǎng)使用壽命等方面起著至關(guān)重要的作用。

常見(jiàn)的聚氨酯助劑包括但不限于:催化劑、表面活性劑、阻燃劑、增塑劑、穩(wěn)定劑、流平劑、消泡劑、填料等。它們就像是烹飪時(shí)的調(diào)味料,雖然用量不多,卻能決定一道菜的好壞。


二、助劑在不同應(yīng)用領(lǐng)域的“角色扮演”

1. 涂料行業(yè)中的助劑

涂料是聚氨酯早也是成熟的應(yīng)用之一。在建筑、汽車、家具等領(lǐng)域,聚氨酯涂料因其耐磨、耐腐蝕、附著力強(qiáng)等特點(diǎn)備受青睞。

但在實(shí)際生產(chǎn)中,如果沒(méi)有合適的助劑配合,涂料可能根本涂不均勻,甚至干不了。這時(shí)候,助劑就派上用場(chǎng)了。

助劑種類 主要作用 常見(jiàn)型號(hào)或品牌
流平劑 改善涂層表面平整度,減少橘皮、縮孔等缺陷 BYK-348、TEGO Wet系列
消泡劑 抑制或消除泡沫,提高施工效率 Air Products Defoamer 1052
催化劑 加快反應(yīng)速度,調(diào)節(jié)固化時(shí)間 Dabco T-9、Polycat 46
紫外線吸收劑 提高涂層的耐候性,防止老化褪色 Tinuvin 328、Chimassorb 81
阻燃劑 提高涂料的防火性能 FR-2、Aluminum Hydroxide

舉個(gè)例子,比如在汽車修補(bǔ)漆中,如果不加流平劑,漆面就會(huì)像被貓抓過(guò)一樣坑坑洼洼;而如果少了催化劑,那涂層可能三天都干不了,嚴(yán)重影響施工進(jìn)度。


2. 膠黏劑行業(yè)中的助劑

聚氨酯膠黏劑以其高強(qiáng)度、柔韌性好、耐溫耐濕等優(yōu)點(diǎn),在包裝、電子、建筑等行業(yè)廣泛應(yīng)用。但別看它粘得牢,其實(shí)也離不開(kāi)助劑的幫助。

助劑種類 主要作用 常見(jiàn)型號(hào)或品牌
增塑劑 提高膠層的柔韌性和延展性 DINP、DOTP
填料 調(diào)節(jié)粘度、降低成本、增強(qiáng)機(jī)械強(qiáng)度 CaCO?、SiO?
固化促進(jìn)劑 加快固化反應(yīng),縮短操作時(shí)間 U-24、Amine Catalysts
抗氧化劑 防止膠黏劑在儲(chǔ)存過(guò)程中氧化降解 Irganox 1010
表面潤(rùn)濕劑 改善基材潤(rùn)濕性,提高粘接強(qiáng)度 Capstone FS-63、Surfynol 104

在鞋底膠黏劑中,加入適量的填料不僅能降低原料成本,還能讓膠更“有勁兒”;而在電子封裝膠中,抗氧化劑則像是一位“保鮮大師”,確保膠黏劑在長(zhǎng)時(shí)間使用后仍保持穩(wěn)定性能。


3. 彈性體行業(yè)中的助劑

聚氨酯彈性體(如滾輪、緩沖墊、輥筒等)具有良好的彈性和耐磨性,常用于工業(yè)設(shè)備、交通運(yùn)輸、體育器材等領(lǐng)域。但彈性體的成型過(guò)程復(fù)雜,性能要求高,因此助劑的作用尤為關(guān)鍵。

助劑種類 主要作用 常見(jiàn)型號(hào)或品牌
擴(kuò)鏈劑 提高分子量,增強(qiáng)物理機(jī)械性能 MOCA、BDO
抗氧劑 防止熱氧老化,延長(zhǎng)使用壽命 Antioxidant 264
阻燃劑 提高阻燃等級(jí),滿足安全標(biāo)準(zhǔn) Deca-BDE、Al(OH)?
增強(qiáng)填料 提高硬度、拉伸強(qiáng)度和耐磨性 碳黑、玻璃纖維
熱穩(wěn)定劑 抑制高溫下分解,提高加工穩(wěn)定性 Calcium Stearate

例如,在制造輸送帶時(shí),加入碳黑不僅增強(qiáng)了耐磨性,還提升了導(dǎo)靜電性能;而在制作運(yùn)動(dòng)鞋中底時(shí),擴(kuò)鏈劑的加入可以讓彈性體既柔軟又有支撐力,真正實(shí)現(xiàn)“軟硬兼施”。


三、助劑選擇的原則與注意事項(xiàng)

既然助劑這么重要,那我們?cè)谶x用時(shí)是不是越多越好呢?當(dāng)然不是!選助劑就像談戀愛(ài),講究“合適”而不是“多”。

1. 相容性原則

助劑必須與聚氨酯體系相容,否則容易析出、遷移,影響性能。比如某些增塑劑如果與主樹(shù)脂不兼容,會(huì)在制品表面形成油膜,俗稱“出汗”。

2. 功能匹配原則

每種助劑都有自己的“專長(zhǎng)”,不能亂點(diǎn)鴛鴦譜。比如紫外線吸收劑就不能當(dāng)阻燃劑使,不然等于白花錢。

2. 功能匹配原則

每種助劑都有自己的“專長(zhǎng)”,不能亂點(diǎn)鴛鴦譜。比如紫外線吸收劑就不能當(dāng)阻燃劑使,不然等于白花錢。

3. 安全環(huán)保原則

現(xiàn)在國(guó)家對(duì)環(huán)保的要求越來(lái)越高,VOC排放、毒性等問(wèn)題不容忽視。尤其是兒童用品、食品接觸材料等領(lǐng)域,必須選用無(wú)毒低VOC助劑。

4. 成本控制原則

助劑雖好,也不能貪多。有些高端助劑價(jià)格昂貴,需根據(jù)產(chǎn)品定位合理選擇,做到“花小錢辦大事”。


四、典型配方示例(僅供參考)

為了讓大家有個(gè)更直觀的認(rèn)識(shí),下面給出一個(gè)聚氨酯彈性體的典型配方:

組分名稱 含量(phr) 作用說(shuō)明
聚醚多元醇 100 基體樹(shù)脂,提供柔韌性和彈性
MDI 50~60 多異氰酸酯,交聯(lián)劑
擴(kuò)鏈劑(MOCA) 10~15 提高交聯(lián)密度,增強(qiáng)機(jī)械性能
碳黑 20~30 增強(qiáng)耐磨性,增加導(dǎo)電性
抗氧劑 1~2 防止氧化老化
熱穩(wěn)定劑 0.5~1 抑制高溫分解

這個(gè)配方適用于制造重型輪胎滾輪、礦山設(shè)備緩沖塊等高耐磨場(chǎng)景的產(chǎn)品。


五、結(jié)語(yǔ):助劑雖小,作用不小

從上面的介紹可以看出,聚氨酯助劑雖然只是整個(gè)配方中的一小部分,但它們?cè)诟纳萍庸ば阅堋⑻嵘a(chǎn)品質(zhì)量、拓展應(yīng)用范圍方面起到了不可替代的作用。沒(méi)有助劑,聚氨酯就像一位沒(méi)有樂(lè)器的音樂(lè)家,再好的天賦也無(wú)法施展。

未來(lái)的聚氨酯助劑發(fā)展將更加注重環(huán)保、高效和多功能化。隨著人們對(duì)綠色化工和可持續(xù)發(fā)展的重視,水性、可降解、低VOC等新型助劑將成為主流趨勢(shì)。


參考文獻(xiàn)(國(guó)內(nèi)外著名文獻(xiàn)推薦)

以下是一些在聚氨酯及其助劑領(lǐng)域具有較高影響力的國(guó)內(nèi)外經(jīng)典文獻(xiàn),供有興趣進(jìn)一步研究的朋友參考:

國(guó)內(nèi)文獻(xiàn):

  1. 《聚氨酯材料與應(yīng)用》,化學(xué)工業(yè)出版社,2018年
    ——系統(tǒng)介紹了聚氨酯的基本原理、合成方法及各類助劑的作用機(jī)制。

  2. 李培杰,《聚氨酯彈性體配方設(shè)計(jì)與性能調(diào)控》,中國(guó)塑料加工工業(yè)協(xié)會(huì)期刊,2020年第3期
    ——詳細(xì)分析了彈性體中助劑對(duì)力學(xué)性能的影響。

  3. 張曉明,《水性聚氨酯涂料助劑的選擇與應(yīng)用》,涂料工業(yè),2019年
    ——重點(diǎn)探討了環(huán)保型助劑在水性涂料中的應(yīng)用效果。

國(guó)外文獻(xiàn):

  1. Gunter Oertel (Ed.), Polyurethane Handbook, Hanser Publishers, 2nd Edition, 1994
    ——被譽(yù)為聚氨酯領(lǐng)域的“圣經(jīng)”,涵蓋助劑在內(nèi)的全面技術(shù)資料。

  2. D.K. Chattopadhyay and K.V.S.N. Raju, “Structural engineering of polyurethane coatings for high performance applications”, Progress in Polymer Science, Vol. 32, Issue 3, 2007
    ——深入分析了助劑對(duì)聚氨酯涂層結(jié)構(gòu)與性能的影響。

  3. Johannes Karl Fink, Polyurethanes: Chemistry, Processing and Applications, Scrivener Publishing, 2013
    ——從化學(xué)合成到應(yīng)用層面,全面闡述了助劑的重要性。


總之,聚氨酯助劑雖小,但作用巨大。它們像是隱藏在幕后的“超級(jí)英雄”,在涂料、膠黏劑和彈性體的世界里默默守護(hù)著每一個(gè)細(xì)節(jié)的完美。未來(lái),隨著科技的進(jìn)步和環(huán)保理念的深入人心,這些“小人物”還將繼續(xù)書寫屬于他們的精彩篇章。

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聚氨酯防水涂料催化劑目錄

  • NT CAT 680 凝膠型催化劑,是一種環(huán)保型金屬?gòu)?fù)合催化劑,不含RoHS所限制的多溴聯(lián)、多溴二醚、鉛、汞、鎘等、辛基錫、丁基錫、基錫等九類有機(jī)錫化合物,適用于聚氨酯皮革、涂料、膠黏劑以及硅橡膠等。

  • NT CAT C-14 廣泛應(yīng)用于聚氨酯泡沫、彈性體、膠黏劑、密封膠和室溫固化有機(jī)硅體系;

  • NT CAT C-15 適用于芳香族異氰酸酯雙組份聚氨酯膠黏劑體系,中等催化活性,比A-14活性低;

  • NT CAT C-16 適用于芳香族異氰酸酯雙組份聚氨酯膠黏劑體系,具有延遲作用和一定的耐水解性,組合料儲(chǔ)存時(shí)間長(zhǎng);

  • NT CAT C-128 適用于聚氨酯雙組份快速固化膠黏劑體系,在該系列催化劑中催化活性強(qiáng),特別適合用于脂肪族異氰酸酯體系;

  • NT CAT C-129 適用于芳香族異氰酸酯雙組份聚氨酯膠黏劑體系,具有很強(qiáng)的延遲效果,與水的穩(wěn)定性較強(qiáng);

  • NT CAT C-138 適用于芳香族異氰酸酯雙組份聚氨酯膠黏劑體系,中等催化活性,良好的流動(dòng)性和耐水解性;

  • NT CAT C-154 適用于脂肪族異氰酸酯雙組份聚氨酯膠黏劑體系,具有延遲作用;

  • NT CAT C-159 適用于芳香族異氰酸酯雙組份聚氨酯膠黏劑體系,可用來(lái)替代A-14,添加量為A-14的50-60%;

  • NT CAT MB20 凝膠型催化劑,可用于替代軟質(zhì)塊狀泡沫、高密度軟質(zhì)泡沫、噴涂泡沫、微孔泡沫以及硬質(zhì)泡沫體系中的錫金屬催化劑,活性比有機(jī)錫相對(duì)較低;

  • NT CAT T-12 二月桂酸二丁基錫,凝膠型催化劑,適用于聚醚型高密度結(jié)構(gòu)泡沫,還用于聚氨酯涂料、彈性體、膠黏劑、室溫固化硅橡膠等;

  • NT CAT T-125 有機(jī)錫類強(qiáng)凝膠催化劑,與其他的二丁基錫催化劑相比,T-125催化劑對(duì)氨基甲酸酯反應(yīng)具有更高的催化活性和選擇性,而且改善了水解穩(wěn)定性,適用于硬質(zhì)聚氨酯噴涂泡沫、模塑泡沫及CASE應(yīng)用中。

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