賈俊 田蕾 郇曉彤 劉曉宇

吉林省石油化工設(shè)計研究院 長春 130021

引言

近年來，在我國膠黏劑、制革工業(yè)以及涂料工業(yè)方面廣泛應(yīng)用了水性聚氨酯。有研究發(fā)現(xiàn)，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(huán)氧改性[1]。環(huán)氧樹脂具有良好的耐化學(xué)性能，且熱穩(wěn)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(guān)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(huán)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(jīng)經(jīng)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(yīng)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(yīng)1小時之后，采用正丁胺滴定法對反應(yīng)終點進行判斷。到達反應(yīng)終點之后，依次將環(huán)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(shè)置為65℃左右，當(dāng)NCO基達到規(guī)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(tài)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(jié)果與討論

1.環(huán)氧樹脂添加量對水性聚氨酯涂料的影響

環(huán)氧樹脂是一種氫基化合物，當(dāng)與聚氨酯發(fā)生反應(yīng)時，可以將之化點引入聚氨酯主鏈，從而形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，使各方面的性能得到顯著提升。環(huán)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(huán)氧樹脂的添加量的增多而逐漸由透明轉(zhuǎn)變成不透明的石灰水狀，并且加入環(huán)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(huán)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(huán)氧樹脂的添加量越多越好，由于其交聯(lián)作用會大大增加水性聚氨酯粒子的直徑，因此，環(huán)氧樹脂最適宜的添加量應(yīng)該為5.0%～7.0%[2]。

表1 環(huán)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(huán)氧樹脂改性合成了具有較強穩(wěn)定性能的水性聚氨酯涂料，并利用紅外光譜對產(chǎn)品進行了對比分析，a表示加入環(huán)氧樹脂的水性聚氨酯，b表示不加入環(huán)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(jié)論

以環(huán)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(yōu)良的水性聚氨酯分散體，通過環(huán)氧樹脂改性而合成的水性聚氨酯涂料，隨著環(huán)氧樹脂添加量的不斷增加，其外觀逐漸由透明轉(zhuǎn)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(yè)生產(chǎn)，因此，環(huán)氧樹脂最適宜的添加量應(yīng)該為5.0%～7.0%。

[1]王云玉,許志欽,鄭建國,等.頂空-氣相色譜/質(zhì)譜法同時測定涂層中21種有機溶劑殘留量[J].化學(xué)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(lián)質(zhì)譜法測定不粘鍋涂層中全氟辛酸[J].理化檢驗(化學(xué)分冊),2014,06(08):03-05.

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