环氧改性水性聚氨酯涂料的合成与性能分析

贾俊 田蕾 郇晓彤 刘晓宇

吉林省石油化工设计研究院 长春 130021

引言

近年来，在我国胶黏剂、制革工业以及涂料工业方面广泛应用了水性聚氨酯。有研究发现，能够使水性聚氨酯涂料的机械强度和耐水性得到显著提高的有效途径是进行环氧改性[1]。环氧树脂具有良好的耐化学性能，且热稳定性能好，模量和强度都很高，可以直接参与水性聚氨酯涂料的合成，使其拉升强度、耐溶剂性能和耐水性能得到有效提升，因而受到了人们的广泛关注。

一、实验部分

1.主要原料和仪器

本实验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、甲苯二异氰酸酯、二羟甲基丙酸、环氧树脂、聚醚二醇（分子量为1000，氢值为115±15 mgKOH·g－1；使用的主要仪器包括傅立叶红外光谱仪、凝胶渗透色谱仪、Brookfile RVDL-Ⅱ+粘度仪。

2.水性聚氨酯树脂的合成

在干燥的氮气保护条件之下，在装有回流冷凝器、搅拌装置以及温度计的四口烧瓶中加入已经经过脱水处理的甲苯二异氰酸酯聚醚二醇，烧瓶容量为1500mL。将温度保持在80℃左右，反应2小时之后，再将丁二醇加入烧瓶中，保持温度不变，再次反应1小时之后，采用正丁胺滴定法对反应终点进行判断。到达反应终点之后，依次将环氧树脂和溶有二羟甲基丙酸的N-甲基吡咯烷酮溶液加入烧瓶中，并将温度设置为65℃左右，当NCO基达到规定值时，将温度降低到40℃左右，并添加丙酮进行稀释，加入三乙胺进行中和，在常温状态下的水中进行乳化，并选用乙二胺进行扩链处理，最后通过真空方式将丙酮脱去，得到水性聚氨酯分散体。在该实验中，OH基和NCO基的摩尔比为2：1。

二、结果与讨论

1.环氧树脂添加量对水性聚氨酯涂料的影响

环氧树脂是一种氢基化合物，当与聚氨酯发生反应时，可以将之化点引入聚氨酯主链，从而形成网状结构，使各方面的性能得到显著提升。环氧树脂添加量对水性聚氨酯涂料的影响见表1。

从表1我们可以得知，水性聚氨酯涂料的外观随着环氧树脂的添加量的增多而逐渐由透明转变成不透明的石灰水状，并且加入环氧树脂之后，水性聚氨酯涂料的吸水率明显降低，表明其耐水性有效提升。同时，随着环氧树脂添加量的增加，水性聚氨酯涂料粘度和硬度也逐渐呈上升趋势。但是，并不说明环氧树脂的添加量越多越好，由于其交联作用会大大增加水性聚氨酯粒子的直径，因此，环氧树脂最适宜的添加量应该为5.0%～7.0%[2]。

表1 环氧树脂添加量对水性聚氨酯涂料的影响

2.红外光谱分析

通过采用甲苯二异氰酸酯和聚醚二醇为主要原料，分别加入环氧树脂改性合成了具有较强稳定性能的水性聚氨酯涂料，并利用红外光谱对产品进行了对比分析，a表示加入环氧树脂的水性聚氨酯，b表示不加入环氧树脂的水性聚氨酯，见图1。

图1 水性聚氨酯的红外光谱对照图

结论

以环氧树脂、二羟甲基丙酸、聚醚以及二异氰酸酯为主要原料，通过实验合成了性能优良的水性聚氨酯分散体，通过环氧树脂改性而合成的水性聚氨酯涂料，随着环氧树脂添加量的不断增加，其外观逐渐由透明转变成不透明的石灰水状，耐水性能得到有效提升，粘度和硬度也逐渐呈上升趋势[3]。但由于国过高的粘度不利于工业生产，因此，环氧树脂最适宜的添加量应该为5.0%～7.0%。

[1]王云玉,许志钦,郑建国,等.顶空-气相色谱/质谱法同时测定涂层中21种有机溶剂残留量[J].化学试剂,2014,07(08):06-08.

[2]吴晓红,周宇艳,孙明星,等.气相色谱-三重四极杆串联质谱法测定不粘锅涂层中全氟辛酸[J].理化检验(化学分册),2014,06(08):03-05.

[3]王学川,宗奕珊,强涛涛.交联型水性聚氨酯G丙烯酸酯复合乳液的制备及其胶膜性能研究[J].功能材料,2014,09(13):05-06.