環氧改性水性聚氨酯涂料的合成與性能分析

賈俊 田蕾 郇曉彤 劉曉宇

吉林省石油化工設計研究院 長春 130021

引言

近年來，在我國膠黏劑、制革工業以及涂料工業方面廣泛應用了水性聚氨酯。有研究發現，能夠使水性聚氨酯涂料的機械強度和耐水性得到顯著提高的有效途徑是進行環氧改性[1]。環氧樹脂具有良好的耐化學性能，且熱穩定性能好，模量和強度都很高，可以直接參與水性聚氨酯涂料的合成，使其拉升強度、耐溶劑性能和耐水性能得到有效提升，因而受到了人們的廣泛關注。

一、實驗部分

1.主要原料和儀器

本實驗所使用的主要原料包括：乙二胺、丙酮、N-甲基吡咯烷酮和丁二醇、甲苯二異氰酸酯、二羥甲基丙酸、環氧樹脂、聚醚二醇（分子量為1000，氫值為115±15 mgKOH·g－1；使用的主要儀器包括傅立葉紅外光譜儀、凝膠滲透色譜儀、Brookfile RVDL-Ⅱ+粘度儀。

2.水性聚氨酯樹脂的合成

在干燥的氮氣保護條件之下，在裝有回流冷凝器、攪拌裝置以及溫度計的四口燒瓶中加入已經經過脫水處理的甲苯二異氰酸酯聚醚二醇，燒瓶容量為1500mL。將溫度保持在80℃左右，反應2小時之后，再將丁二醇加入燒瓶中，保持溫度不變，再次反應1小時之后，采用正丁胺滴定法對反應終點進行判斷。到達反應終點之后，依次將環氧樹脂和溶有二羥甲基丙酸的N-甲基吡咯烷酮溶液加入燒瓶中，并將溫度設置為65℃左右，當NCO基達到規定值時，將溫度降低到40℃左右，并添加丙酮進行稀釋，加入三乙胺進行中和，在常溫狀態下的水中進行乳化，并選用乙二胺進行擴鏈處理，最后通過真空方式將丙酮脫去，得到水性聚氨酯分散體。在該實驗中，OH基和NCO基的摩爾比為2：1。

二、結果與討論

1.環氧樹脂添加量對水性聚氨酯涂料的影響

環氧樹脂是一種氫基化合物，當與聚氨酯發生反應時，可以將之化點引入聚氨酯主鏈，從而形成網狀結構，使各方面的性能得到顯著提升。環氧樹脂添加量對水性聚氨酯涂料的影響見表1。

從表1我們可以得知，水性聚氨酯涂料的外觀隨著環氧樹脂的添加量的增多而逐漸由透明轉變成不透明的石灰水狀，并且加入環氧樹脂之后，水性聚氨酯涂料的吸水率明顯降低，表明其耐水性有效提升。同時，隨著環氧樹脂添加量的增加，水性聚氨酯涂料粘度和硬度也逐漸呈上升趨勢。但是，并不說明環氧樹脂的添加量越多越好，由于其交聯作用會大大增加水性聚氨酯粒子的直徑，因此，環氧樹脂最適宜的添加量應該為5.0%～7.0%[2]。

表1 環氧樹脂添加量對水性聚氨酯涂料的影響

2.紅外光譜分析

通過采用甲苯二異氰酸酯和聚醚二醇為主要原料，分別加入環氧樹脂改性合成了具有較強穩定性能的水性聚氨酯涂料，并利用紅外光譜對產品進行了對比分析，a表示加入環氧樹脂的水性聚氨酯，b表示不加入環氧樹脂的水性聚氨酯，見圖1。

圖1 水性聚氨酯的紅外光譜對照圖

結論

以環氧樹脂、二羥甲基丙酸、聚醚以及二異氰酸酯為主要原料，通過實驗合成了性能優良的水性聚氨酯分散體，通過環氧樹脂改性而合成的水性聚氨酯涂料，隨著環氧樹脂添加量的不斷增加，其外觀逐漸由透明轉變成不透明的石灰水狀，耐水性能得到有效提升，粘度和硬度也逐漸呈上升趨勢[3]。但由于國過高的粘度不利于工業生產，因此，環氧樹脂最適宜的添加量應該為5.0%～7.0%。

[1]王云玉,許志欽,鄭建國,等.頂空-氣相色譜/質譜法同時測定涂層中21種有機溶劑殘留量[J].化學試劑,2014,07(08):06-08.

[2]吳曉紅,周宇艷,孫明星,等.氣相色譜-三重四極桿串聯質譜法測定不粘鍋涂層中全氟辛酸[J].理化檢驗(化學分冊),2014,06(08):03-05.

[3]王學川,宗奕珊,強濤濤.交聯型水性聚氨酯G丙烯酸酯復合乳液的制備及其膠膜性能研究[J].功能材料,2014,09(13):05-06.