Wasserbasiertes Polyurethan mit guter Beständigkeit
Forscher berichten über ein terpenderivathaltiges, wässriges Zweikomponenten-Polyurethan auf Silikonbasis für Beschichtungen.
Mit dem zunehmenden Wunsch, die Umwelt zu schützen, wurde die Emission flüchtiger organischer Lösungsmittel eingeschränkt, und es gibt einen Trend zur Entwicklung von Polyurethanen auf Wasserbasis. Allerdings sind die schlechte Wasserbeständigkeit und die geringe mechanische Festigkeit von wässrigen Polyurethanen ein großes Hindernis.
Nun schlagen Forscher ein terpenmodifiziertes Polyurethan auf Polysiloxanbasis vor, das die oben genannten Probleme löst. In Anwesenheit des Karstedt-Katalysators wurde Isobornylacrylat (IBOA) durch die Hydrosilylierungsreaktion in den Zweig des wasserstoffhaltigen Silikonöls (HSO) eingeführt. Anschließend wurde es mit einer alkalischen wässrigen Lösung gemischt, um die verbleibenden Si-H-Bindungen in Si-OH-Bindungen umzuwandeln, die als Polyolkomponente (IBOA-Si-OH) verwendet werden können. Anschließend wurden die Mischungen aus IBOA-Si-OH und Polypropylenglykol-400 (PPG-400) als Polyolkomponenten verwendet, um mit Polyisocyanat-3100 (PI-3100) bei der Herstellung eines wässrigen Zweikomponenten-Polyurethans zu reagieren.
Mechanische Eigenschaften
Im Vergleich zum unmodifizierten Polyurethanfilm war der Kontaktwinkel des mit IBOA-Si-OH modifizierten Polyurethanfilms größer als 102°, was einer Zunahme von 28° entspricht. Der Wasserabsorptionstest zeigte, dass die modifizierte Polyurethanfolie ihre Fähigkeit, das Eindringen von Wasser zu verhindern, fast verdoppelte (von 18,11 % auf 9,38 %). Obwohl die Einführung des Silikons die Wasserbeständigkeit des wasserbasierten Polyurethans verbesserte, wurden die mechanischen Eigenschaften reduziert. Die Einführung von IBOA in die Silikonseitenkette verbesserte die mechanischen Eigenschaften des Polyurethans. Im Vergleich zwischen WPU-Si und WPU-2 verbesserte sich die Zugfestigkeit um 85,56 % (von 3,47 MPa auf 6,44 MPa).
Die thermogravimetrische Analyse und die dynamische thermomechanische Analyse zeigten, dass Silikon die Tg und die thermische Stabilität reduzierte, die Einbeziehung von IBOA machte dieses Defizit jedoch wieder wett.
Die Studie wurde in Progress in Organic Coatings, Volume 153, April 2021 veröffentlicht.