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吳明江，阮家聲，王雪琴，蔡彥，左向陽，李亞勇

(航天科技集團公司四院四十二所，湖北襄樊441003)

摘要:以聚己二酸丁二醇酯二醇(PBA)、二羥甲基丙酸(DMPA)和甲苯二異氰酸酯(TDI)等為主要(文章來源環球聚氨酯網)原料，配合防老劑和紫外光吸收劑，用預聚體法制備不揮發物質量分數為40%的單組分水性聚氨酯樹脂;以此樹脂為基礎，用鈦白粉作為著色劑，制備白色水性聚氨酯路標涂料。研究結果表明，預聚體法制備的水性聚氨酯樹脂在40℃下放置24h即可達到最終性能;水性聚氨酯樹脂在水中呈柱狀分散;以此樹脂制備的水性聚氨酯路標涂料附著良好，表干時間短，各項指標符合路標涂料技術標準。

關鍵詞:水性聚氨酯;預聚體;路標涂料

中圖分類號:TQ630.7 文獻標識碼:A 文章編號:1672-2191(2011)01-0061-03

我國的公路總里程已達到368萬km[1] ，公路承擔的客、貨運量分別占全國總運量的88.7%和99%，是國民經濟發展的基礎和命脈[2] 。但是與發達國家相比，我國的交通基礎設施不足，管理薄弱。例如道路線標，除了大中城市和高等級公路外，一般道路上大部分無標線，嚴重影響行車安全。

我國研制及使用路標涂料的歷史不長，最早在20世紀70年代使用氧化固化型酯膠漆[3] ，80年代開發了環氧、氯化橡膠、丙烯酸型路標涂料。

到了90年代，隨著我國丙烯酸工業的迅速發展，丙烯酸路標涂料成了我國溶劑型自干路標涂料的主流[4] 。目前我國路標涂料以丙烯酸類常溫溶劑型和C5石油樹脂及松香改性樹脂類的熱熔型為兩大支柱，均為低檔溶劑型路標涂料。

近年來開始研制并使用水性標線涂料，但國內市場占有率非常小，不像北美洲大面積使用。

水性標線涂料的主要特征是以水代替溶劑，有機揮發物含量(VOC)極低，屬環保性產品，施工方式主要是噴涂。

目前，水性路標涂料主要是水性丙烯酸型，考慮到水性聚氨酯在性能方面獨特的優勢，開發水性聚氨酯路標涂料是個不錯的選擇。

1實驗部分

1.1主要原料

聚己二酸丁二醇酯二醇(PBA)：工業品，青島新宇田;甲苯二異氰酸酯(TDI)：工業品，甘肅銀光;二羥甲基丙酸(DMPA)：工業品，廣州匯采;三乙胺(TEA)：分析純，上?；瘜W試劑公司;鈦白粉：杜邦公司;重晶石粉：福威礦業。

1.2路標涂料用水性聚氨酯樹脂合成

將計量好的聚酯多元醇、DMPA、小分子擴鏈劑及交聯劑加入四口燒瓶，緩慢升溫至100℃，減壓脫水2h，降溫至55~65℃，加入計量好的TDI，在75℃反應3h，二正丁胺滴定反應終點，將物料降溫至50℃以下，加入DMPA量的90%的TEA中和10min，然后將物料加入計量好的水中，乳化15min，得到一不揮發物質量分數為40%、半透明的淡藍色乳液，0.074mm(200目)濾網過濾，備用。將此乳液在40℃下熟化24h，得到性能穩定的水性聚氨酯樹脂。

1.3白色路標涂料制備

取240g上述水性聚氨酯樹脂，加入潤濕分散劑和消泡劑，充分攪拌，然后向乳液中加入150g鈦白粉，100g重晶石粉，充分研磨，再加入流平劑、殺菌防腐劑等助劑，調整黏度和pH值，即得到一白色路標涂料。

1.4路標涂料的分析測試

路標涂料的分析測試按照JT/T280—2004路面標線涂料[5]執行。

2結果與討論

2.1乳化前NCO含量對乳液性能的影響

預聚法制備水性聚氨酯時，為了能保證乳化前的預聚體黏度和乳化后樹脂的相對分子質量，異氰酸酯要保證一定的過量，即在乳化前是NCO封端的預聚體。NCO的含量決定著乳化前預聚體的黏度，直接影響是否能順利乳化;NCO的含量對乳化后樹脂的分子結構有很大的影響，隨著NCO含量的增加，樹脂中脲鍵的含量增大，樹脂的內聚強度增強;因此，預聚法合成水性聚氨酯時選擇合適的NCO含量尤為重要。預聚體中NCO含量對乳液的性能影響見表1。

由表1可知，隨著NCO含量的增加，預聚體的相對分子質量和黏度減小，乳化性能由難變易，乳液中膠粒粒徑的變化使得乳液狀態由乳白變為淡藍至淡黃。NCO含量過低，預聚體相對分子質量和黏度較大，造成轉相困難，貯存穩定性較差;NCO含量過高，在一定的DMPA含量下，部分預聚體分子鏈上可能沒有親水基團，造成乳液中膠粒的親水性和相對分子質量差異較大，貯存穩定性差。所以選擇預聚體中NCO質量分數在3%左右較為適宜。

2.2水性聚氨酯樹脂的性能穩定性

含NCO的預聚體在水中乳化后，NCO不能很快反應完全，特別是一些包裹在膠粒內部的NCO基團;因此，預聚法合成水性聚氨酯需要一個熟化過程。實驗表明，制備的乳液在40℃下后熟化24h，氣質聯用分析顯示，基本無CO2氣體放出，可以認定NCO已經完全參加反應，樹脂的性能處于穩定狀態。

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