環氧樹脂改性水性聚氨酯消光樹脂性能的研究

王海艷

摘要：以環氧樹脂作為自乳化的交聯改性劑，以此進行消光樹脂的有效合成。其中在對共聚物結構與熱性能采用熱失重分析法與紅外光譜方法實施表征，同時在此基礎上對耐水性與消光性能實施有效的測定。本文通過試驗結果顯示，環氧樹脂環氧基進行了有效的交聯反應，并且還能夠在較大程度上提升水性聚氨酯疏水性與穩定性，若環氧樹脂保持在一定值的情況下，能夠有效提高消光樹脂的耐水性與耐熱性。本研究以環氧樹脂作為交聯改性劑，并在此基礎上通過環氧樹脂環氧基與羥基進行充分反應特征，以此合成了改性水性聚氨酯消光樹脂，同時對改性前后水性聚氨酯膠膜耐水性和熱性能進行深入探究。

關鍵詞：環氧樹脂;水性聚氨酯;消光樹脂;性能

前言

我國社會經濟在發展過程中，人們生活質量有較大的提升，大大提高人們對事物的審美觀念，其中水性聚氨酯受到人們較大的關注，比如消光型水性聚氨酯涂料可使聚氯乙烯提升自身的仿真效果。此外，傳統低光澤水性聚氨酯主要是在環氧樹脂中融入消光劑制成。但是，消光劑在較大程度上能夠有效降低乳液穩定性，為了提升水性聚氨酯消光樹脂綜合性能與使用范圍，需要對其進行有效的改性。

1.水性聚氨酯及環氧樹脂概述

水性聚氨酯有較高的成膜強度，應為縮寫為WPU，具有無毒性、耐磨性高以綠色環保等優勢，由其制成膠粘劑以及涂料廣泛應用在木業、造紙業以及工業等，較多領域中。此外，水性聚氨酯的分散介質主要是以水為主，不但能夠有效滿足環保要求，而且在較大程度上有較高的安全性，同時有較低的使用成本，并且在不改變溶劑產品工藝的基礎上依然具有較高的性能^[1]。環氧樹脂在化學中具有較高的穩定性，其英文所寫為EP，在使用過程中具有收縮率較低、模量高以及粘接力強等優勢，能夠作為質量較高的改性劑，能夠在較大程度上提升水性聚氨酯消光樹脂的耐溶劑性以及耐熱性。

2.試驗過程

2.1 試驗原料

在進行試驗過程中，使用到的主要試驗原料有聚四氫呋喃二醇、二羥甲基丙酸以及異佛爾酮二異氰酸酯、鉍酸催化劑，該催化劑主要是由清遠市美樂仕油墨有限公司生產、三乙胺，由天津市大茂化學試劑廠生產、水合肼，含量保持在64%、環氧樹脂（EP）、去離子水，該水通過自制而成。

2.2 試驗儀器

在試驗過程中，需要使用到的儀器主要有LAMBDA950型紅外光譜儀，該儀器由德國生產，是試驗中較為重要的儀器之一、N5型納米粒度測量儀，該測量儀是美國Beckman Coulter 公司生產、具有較高的測量精度、TG熱失重分析儀，由德國公司生產、500MC光澤計，來自德國儀力信公司、NDJ-1型旋轉黏度計，該儀器是一款國產產品，由我國上海精科實業有限公司生產、JJC2 ?型潤濕角測量儀，由我國長春市光學儀器總廠生產、800型離心機，蘇州奇樂電子科技有限公司^[2]。

2.3 環氧樹脂改性水性聚氨酯消光樹脂的制備

消光樹脂的制備過程，首先需要在N₂保護下，把經過干燥處理后的DMPA、PTMG-1000與IPDI放置于四個燒瓶中，并在此基礎上滴入鉍酸催化劑，其中該催化劑在使用的時候，有一定的使用量，一般情況下是預聚體總量的0.016%，然后將其加溫，逐漸升溫至不同溫度中，最高溫度保持在80度，分別在不同溫度環境中進行有效的反應，其中在80度中反應2 h。當體系中NCO含量達到一定值時，將溫度降低至70度，并且在此基礎上加入EP反應1 h，再將其冷卻至35度，同時加入離子水，以一定的攪拌速率對乳化進行有效的剪切，剪切時間應保持20min以上，以此獲得水性聚氨酯預聚體分散液。此外，在35度的環境中滴入水合肼，以此將其余NCO完全反應，待反應結束后，使用篩網進行有效的過濾，以此得到所需產品。

2.4 測試或表征

主要表現在以下幾個方面：1，結構特征。通過紅外光譜法實施表征;2，粒徑分布。在對粒徑分布過程中主要是通過納米粒度測量儀實施表征;3，熱性能，。根據熱失重分析法進行表征;4，光澤度與黏度。均根據ISO 2813—1994標準與GB/T 2794—1995標準進行測定。

3.試驗結果

3.1 水性聚氨酯膠膜的FT-IR表征與分析

由圖1可知，3429cm^-1位置是氨基甲酸酯中N-H的伸縮振動特征吸收峰，1635cm^-1處是C=O的伸縮振動特征吸收峰，此兩峰較為重要，并且主要是有異氰酸酯與羥基進行有效的反應。1 240 cm^-1處是氨酯基中C—O—C的特征吸收峰，2 267cm^-1處無明顯的吸收峰，由此可以看出水性聚氨酯膠膜中不存在NCO基殘留，表明NCO與羥基產生了一定的反應，同時在反應過程中生成了水性聚氨酯。環氧基特征峰消失，3454 cm^-1處環氧樹脂沒有出現羥基特征吸收峰，由此說明環氧樹脂中羥基與環氧基得到了全部反應，生成了環氧樹脂改性水性聚氨酯^[3]。

3.2 膠膜耐水性

在其他條件不變的基礎上，環氧樹脂含量在較大程度上會對改性水性聚氨酯膠膜吸水率造成影響，若環氧樹脂交聯劑沒有在體系中呈現的過程中，這在較大程度上會增加吸水率，耐水性在一定程度上相對較低。當環氧樹脂含量不斷下降的過程中，導致膠膜吸水率也逐漸下降，耐水性在此環境中逐漸升高。

4.環氧樹脂含量對改性水性聚氨酯膠膜TGA的影響

環氧樹脂含量在較大程度上會對改性水性聚氨酯膠膜TGA造成影響，其中造成影響較大的是溫度，若溫度小于200度時，會對水性聚氨酯膠膜失重率造成一定的影響，使之逐漸減小，失重率主要是由聚合物中小分子物質揮發所致;若溫度保持在350度的過程中，未改性水性聚氨酯膠膜在較大程度上低于熱分解溫度，并且大大提高了失重率溫度，由此可以看出，熱穩定在此環境中有較大的提升。主要是因PU與環氧樹脂預聚體在此過程中出現了交聯反應，大大提升了共聚物的分子質量。此外，水性聚氨酯中剛性苯環比例有較大的增加，大大增加了交聯密度，以此提升熱穩定性。若環氧樹脂保持在5%-10%時，相應的改性水性聚氨酯膠膜熱失重率有大幅的降低，但是如果環氧樹脂出現的過多，會在較大程度上降低了水性聚氨酯的穩定性。

5.改性前后水性聚氨酯膠膜的水接觸角

改性水性聚氨酯膠膜水接觸角高于未改性前膠膜，由此可以看出，前者疏水性優于后者。此外，環氧樹脂與水性聚氨酯在進行反應過程中，這在較大程度上增加了交聯結構，致使交聯密度不斷增加，并且在此基礎上苯環結構也逐漸增多，因此改性水性聚氨酯膠膜耐水性不斷增強，使水接觸角增大。

6.環氧樹脂含量對改性水性聚氨酯性能的影響

EP含量對改性水性聚氨酯性能的影響如表1所示，其中包含了黏度預聚體、乳液粒徑、W固含量、乳液儲存期、光澤度以及乳液^[4]。

有表1 可得，環氧樹脂中環氧基與預聚體產生交聯結構，并且在此過程中與離子水進行有效的融合乳化，能夠形成一種乳液，以此形成的乳液粒徑相對比計較小，并且形狀比較規整。此外，需要對乳液進行實時性的干燥成膜，微球在膠膜表面顯現，會在較大程度上使表面結構粗糙，大大降低了表面光澤度，以此達到一種消光的作用。若環氧樹脂保持在10%時，會在一定程度上增加預聚體黏度，反而降低乳化效果，導致乳液中的微球不均勻，直接導致水性聚氨酯儲存穩定性降低，由此可以看出，環氧樹脂選擇在5%最為適宜。

7.結語

綜上所述，在對環氧樹脂改性水性聚氨酯消光樹脂性能研究的過程中，通過試驗得到以下兩個結論：1，以環氧樹脂為交聯改性劑，制成的改性水性聚氨酯具有較大的交聯度、消光性能優良，并且在此基礎上還具有較好的耐熱性等優勢;2，若EP為5.0%，能夠制成存儲期為180 d的穩定水性聚氨酯。

參考文獻

[1]馬少宇，柴春鵬，羅運軍. PDMS改性水性聚氨酯消光樹脂的制備及性能[J]. 精細化工，2017，34（9）：1030-1036.

[2]丁琳，楊建軍，吳慶云，等. 水性聚氨酯消光樹脂及改性研究進展[J]. 化工新型材料，2017（05）：28-30.

[3]董永兵，周艷明，吉軒，等. SiO2改性WPU消光皮革涂飾劑的制備及性能[J]. 聚氨酯工業，2017，32（3）：37-40.

[4]朱曾濤，葉燕華，李利群. 滲透注漿法漿材——改性環氧樹脂的力學性能研究[J]. 淮海工學院學報（自然科學版），2017，26（2）：52-56.

（作者單位：珠海長先新材料科技股份有限公司）