目前水性涂料的應用范圍越來越廣泛,在內外墻涂料、木器漆、汽車漆等行業都有應用,在不久的將來水性涂料必將代替溶劑型涂料。水性涂料是用水作溶劑或者作分散介質的涂料,包括水溶性涂料、水稀釋性涂料、水分散性涂料。由于水性涂料采用水作為分散介質,具有無火災隱患,生產成本較低,無有機揮發物、可用水稀釋和清洗、對操作要求相對較寬等特點,符合綠色生產的要求。水性涂料用樹脂中常常引入親水基團,使得水性涂料涂膜的光澤、耐水性、耐溶劑性和耐玷污性較差,涂膜硬度和抗張強度等力學性能也不能與溶劑型涂料相媲美。為了解決水性涂料的這些弊端,最簡單的辦法就是添加交聯劑對水性涂料進行交聯改性,改性后樹脂固化時形成網絡結構,這樣就提高了水性涂料涂層的耐水性、耐溶劑性能大幅度提高,同時還降低了涂層對溫度的敏感性,解決了樹脂涂層熱黏冷脆的弊端。
目前在涂料行業內,技術最成熟和最有效的室溫交聯劑是氮丙啶類交聯劑。氮丙啶類交聯劑中的氮丙啶環結構有很多特點,例如較大的張力,活性較高,可在室溫下與羧基及羥基反應形成獨立網狀結構從而達到交聯的目的,這種環狀結構在水性涂料中反應速度極快,效果也很明顯。同時,因氮丙啶官能團的特殊分子結構,使得氮丙啶交聯劑同時具有良好的水溶性和油溶性,在聚丙烯酸酯、聚乙烯、聚氨酯、聚苯乙烯、蛋白質和多糖等聚合物的制品中有良好的交聯和固化性能。
氮丙啶交聯劑的合成分兩個步驟:首先,甲基氮丙啶合成。將62.5g異丙醇胺溶于100g水中,置于三口燒瓶中,在低溫條件下滴加85g濃硫酸,加完撤去低溫裝置,轉成減壓蒸餾裝置,緩緩升溫,待大量水分蒸出后升溫至150℃,保溫減壓反應,至無水分蒸出后,再保溫2h,停止反應。反應瓶內溫度降至室溫后,加入200g50%的NaOH溶液,于110℃進行常壓蒸餾,收集70-90℃餾分,即為甲基氮丙啶的水溶液。其次,氮丙啶交聯劑合成。在三口燒瓶中加入甲基氮丙啶的水溶液,降溫至5℃,加入一定量的二氯乙烷后攪拌,慢慢滴加溶解于二氯乙烷中的三羥甲基丙烷三丙烯酸酯,反應溫度維持在5℃,滴加完畢后于10℃攪拌過夜,靜置分層,萃取下層有機相,在45℃條件下進行減壓蒸餾,去除溶劑,得到最終產物。
氮丙啶類交聯劑的應用主要包括以下幾個領域:1、提高皮革涂層的耐水性、耐磨性、耐高溫性。2、用于水性拼木地板漆、水性塑料漆及水性金屬閃光漆時,可顯著改善其耐水性、耐磨性和耐洗滌性。3、改善水性印刷油墨的耐水性和耐洗滌性。4、提高水性印花涂層的耐水性,抗粘性及耐高溫性。5、在軍工產品中用作固體推進劑的鍵合劑。