Технология нанесения матов и перспективы развития полиуретана на водной основе

Технология полиуретановых покрытий на водной основе и матовых материалов

полиуретан на водной основеПолиуретан, существующий в виде водных растворов, дисперсий или эмульсий полиуретановой смолы в воде, широко используется в декоративных покрытиях в различных областях, таких как строительство, мебель, автомобилестроение, производство кожаной одежды и бытовой техники. В тех случаях, когда требуются матовые или полуматовые полиуретановые покрытия на водной основе, технология матирования приобретает особое значение.

△ Методы достижения эффекта склеивания

В настоящее время матирующий эффект в покрытиях достигается в основном двумя способами: добавлением матирующих агентов или модификацией смолы для придания ей самоматирующих свойств. Однако, полагаясь исключительно на матирующие агенты, хотя и эффективно снижая блеск, это может привести к таким проблемам, как осаждение матирующего агента, снижение стабильности эмульсии и неравномерный блеск из-за плохой дисперсии. Поэтому все большее внимание привлекают самоматирующиеся смолы, не требующие добавления внешних матирующих агентов, и водорастворимые полиуретановые матирующие смолы микросферного типа.

△ Принцип добавления матирующих агентов

Итак, что же такое матирование? Его суть заключается в создании микроскопически шероховатой поверхности на пленочном покрытии. Когда свет падает на эту неровную поверхность, происходит диффузное отражение, уменьшающее зеркальное отражение и рассеивающее свет в разных направлениях, в конечном итоге создавая матовый эффект. Это явление отражения света от поверхностей объектов показано на рисунке 1. Матирующие агенты действуют как физический метод изменения блеска покрытий. По мере испарения воды в процессе сушки матирующий агент перемещается к поверхности, создавая микроскопические неровности, которые увеличивают шероховатость поверхности и тем самым уменьшают зеркальное отражение.

△ Виды силикагелевых матирующих агентов

Общий агенты для матирования В состав входят металлические мыла, полимерные воски, тальк и диоксид кремния (SiO₂). Однако металлические мыла и полимерные воски могут всплывать на поверхность раствора, что приводит к неравномерному блеску покрытия, а их диспергируемость и совместимость с водорастворимыми смолами часто оставляют желать лучшего, потенциально вызывая деэмульсификацию или гелеобразование. В отличие от них, диоксид кремния, как неорганическое соединение, обладает такими преимуществами, как легкость модификации и превосходная диспергируемость в водорастворимых полиуретановых системах. К кремнеземным матирующим агентам относятся осажденный диоксид кремния, осажденный диоксид кремния и кремнеземный аэрогель. Осажденный диоксид кремния, ультрадисперсный порошок с поверхностными гидроксильными группами и адсорбированной водой, отличается малым размером частиц, большой удельной поверхностью и высокой поверхностной активностью. Осажденный диоксид кремния, белый аморфный гидратированный порошок кремниевой кислоты со сферическими частицами, содержащими различные гидроксильные группы, демонстрирует превосходные характеристики, простые производственные процессы, низкое энергопотребление и более широкое применение по сравнению с осажденным диоксидом кремния. Кремнеземный аэрогель, легкий наноразмерный пористый гелеобразный твердый материал, отличается превосходной структурой, большой удельной поверхностью, высоким объемом пор, узким распределением размеров пор и хорошей прозрачностью.

△ Принцип химически матового полиуретана

Матирование также может быть достигнуто химическими методами, при которых светопоглощающие соединения вводятся в смолу покрытия посредством химических реакций для изменения оптических свойств пленочного покрытия. Самоматирующиеся смолы — это смолы для покрытий, которые создают матовую поверхность при формировании пленки без добавления внешних матирующих порошков или восков. Их компоненты обладают физико-химическими свойствами и функциональными группами, аналогичными частицам матирующего агента, что обеспечивает хорошую совместимость и стабильные показатели преломления при смешивании с другими смолами, эффективно решая проблемы, связанные с внешними матирующими агентами. Более того, поскольку внешние матирующие агенты часто отличаются по показателю преломления от матрицы покрытия, сложно сбалансировать матирование и прозрачность, что ограничивает их пригодность для определенных применений. Поэтому самоматирующиеся смолы для покрытий, не зависящие от внешних матирующих агентов, привлекли широкое внимание. Механизм их матирования в основном включает введение несовместимых частиц во время синтеза полимера, например, посредством модификации органическим кремнием или сшивающей модификации. Например, в модифицированных органическим кремнием водорастворимых полиуретановых матирующих смолах гидрофобные силиконовые сегменты мигрируют на поверхность пленочного покрытия во время его формирования, создавая микроскопически шероховатую поверхность. Это придает полиуретану как органические, так и неорганические свойства, эффективно повышая его водостойкость, термическую стабильность и механические характеристики. Модификация путем сшивания изменяет линейную структуру полиуретана, образуя плотно сшитую сеть полиуретановых макромолекул. Это увеличивает размер частиц полиуретановой эмульсии, и во время сушки более крупные частицы наслаиваются, образуя шероховатую поверхность. Кроме того, плотная сшитая сеть значительно улучшает термостойкость, водостойкость и химическую стойкость полиуретана на водной основе.

Исследователи успешно получили модифицированные самоматирующиеся эмульсии полиуретана на водной основе с внутренней сшивкой, используя метод пост-цепного удлинения. Полученные пленки обладают шероховатой поверхностью. На рисунке 2 представлены изображения пленок, полученные с помощью сканирующего электронного микроскопа (СЭМ) при различных уровнях добавления сшивающего агента (0,35%, 0,45%, 0,55% и 0,65%), обозначенные как этапы a, b, c и d соответственно. Эти эмульсии имеют средний размер частиц более 1 мкм и уровень блеска приблизительно 2,0 при угле 60°, что полностью соответствует требованиям к матированию.