分析環(huán)氧改性水性聚氨酯涂料的合成與性能

1、    分析環(huán)氧改性水性聚氨酯涂料的合成與性能    楊小育摘 要：文章主要探討了利用環(huán)氧改性來提高水性聚氨酯涂料的性能與質(zhì)量，并通過具體實驗的介紹與分析說明其中的原理和規(guī)律，以此來為日后水性聚氨酯涂料整體質(zhì)量的提升提供一定的參考。關鍵詞：環(huán)氧改性；水性聚氨酯涂料；合成；性能1 前言近年來，隨著水性聚氨酯涂料在工業(yè)發(fā)展中用量的持續(xù)增加，如何提高涂料整體性能和質(zhì)量引起了相關部門的高度重視。結(jié)合當前工業(yè)發(fā)展對涂料性能的具體要求，研究者們提出了通過環(huán)氧改性來提高水性聚氨酯涂料性能，以此來更好的推動水性聚氨酯涂料在工業(yè)發(fā)展中的有效應用。2 實驗部分本次實驗主要可

2、分為三個部分，即實驗原料與試劑的確定、環(huán)氧改性水性聚氨酯樹脂的合成以及涂膜性能比較。每一部分的操作都對水性聚氨酯涂料性能與質(zhì)量的提升有直接影響，因此，實驗人員必須明確掌握各個階段的關鍵環(huán)節(jié)，確保實驗順利進行。2.1 實驗原料和儀器原料和試劑是本次實驗必不可少的。其中，實驗原料主要包括：乙二胺、丙酮、甲苯二異氰酸酯、二羥甲基丙酸、聚醚二醇、環(huán)氧樹脂、n-甲基吡咯烷酮等。上述原料中，聚醚二醇的分子量為1000，氫值為115±15mgkoh·g-1。實驗中所使用的儀器則主要包括凝膠滲透色譜儀、傅立葉紅外光譜儀以及brookfilervdl-ii+粘度儀等。2.2 環(huán)氧改性水性聚氨

3、酯樹脂的合成想要實現(xiàn)水性聚氨酯樹脂的有效合成，必須保證合成工作在干燥的氮氣保護下進行。首先，我們要先準備好一個容量為1500ml的燒瓶，燒瓶除了要含有溫度計之外，還要具備必要的攪拌裝置和回流冷凝器，同時，還要準備好甲苯二異氰酸酯聚醚二醇、丁二醇、環(huán)氧樹脂溶液和n-甲基吡咯烷酮溶液等試劑。然后，將燒瓶溫度升至80后，放入已經(jīng)經(jīng)過脫水處理的甲苯二異氰酸酯聚醚二醇，2小時后，保持溫度不變的前提下加入丁二醇，反應1小時之后，判斷燒瓶中的溶液是否已經(jīng)到達反應終點，確定已到反應終點后，在燒杯中加入環(huán)氧樹脂和溶有二羥甲基丙酸的n-甲基吡咯烷酮溶液，加入上述溶液之后，應將溫度從起初的80下調(diào)到65左右。這時要

4、時刻關注nco基的相應數(shù)值，一旦數(shù)值達到規(guī)定值，就應將溫度調(diào)低至40左右，并在此基礎上計入丙酮進行稀釋。最后，通過真空的方式將丙酮脫去，得到水性聚氨酯分散體。需要注意的是，在本次實驗中，要對oh基和nco基兩者的摩爾比進行合理控制，一般為2：1。這樣一來，我們就完成了環(huán)氧改性水性聚氨酯樹脂的合成實驗。2.3 環(huán)氧改性水性聚氨酯及其涂膜性能比較從水性聚氨酯及其涂膜性能的各項參數(shù)中我們可以看出，環(huán)氧改性水性聚氨酯，不僅能夠在很大程度上提高涂膜的硬度和拉伸強度，而且還可以在一定程度上改善涂膜的耐溶劑和耐水性能。除此之外，用環(huán)氧改性水性聚氨酯樹脂配制的涂膜外觀較好，干燥速度快，能夠取代溶劑型單組分水性

5、聚氨酯涂料。3 結(jié)果與討論3.1 環(huán)氧樹脂具體種類的一些影響當nco和oh比例相同時，添加相同摩爾數(shù)不同環(huán)氧值的環(huán)氧樹脂后所合成的水性聚氨酯，其涂抹性能的檢測結(jié)果。表中的數(shù)據(jù)表明，當環(huán)氧樹脂的環(huán)氧值降低時，改性水性聚氨酯乳液外觀的透明程度會降低，而且貯存穩(wěn)定性也會受到影響，但乳液薄膜的硬度、拉伸強度以及耐水性都會有所提升。究其原因，主要是因為當環(huán)氧樹脂環(huán)氧值降低的時候，環(huán)氧樹脂的分子量和羥基含量會增大，進而增大水性聚氨酯的交聯(lián)結(jié)構(gòu)，增大水性聚氨酯分子上剛性苯環(huán)的含量。在這種情況下，水性聚氨酯涂膜的硬度、拉伸強度和耐水性就會有所提升。通過分析我們得出以下結(jié)論：改性水性聚氨酯所用的環(huán)氧樹脂的環(huán)氧值

6、不能太小，如果環(huán)氧值太小，就會導致分子量過大，這樣就會導致改性水性聚氨酯涂膜硬脆，失去彈性，同時會降低乳液的貯存穩(wěn)定性。綜合上述集中環(huán)氧樹脂的性能，筆者覺得，選用e-44環(huán)氧樹脂最為合適。3.2 環(huán)氧樹脂添加量的影響控制好環(huán)氧樹脂添加量對水性聚氨酯涂料涂膜的性能與質(zhì)量的好壞也具有直接影響。實驗證明，當環(huán)氧樹脂的環(huán)氧值降低時，改性水性聚氨酯乳液外觀的透明程度會降低，而且貯存穩(wěn)定性也會受到影響，但乳液薄膜的硬度、拉伸強度以及耐水性都會有所提升。一方面，環(huán)氧樹脂的添加量與聚氨酯涂料的交聯(lián)結(jié)構(gòu)之間存在正比關系，交聯(lián)結(jié)構(gòu)會隨著添加量增加而增加。交聯(lián)結(jié)構(gòu)較好，會直接作用于水性聚氨酯涂膜的整體質(zhì)量，使其從多

7、個方面得到改善；另一方面，環(huán)氧樹脂添加量與水性聚氨酯中剛性苯環(huán)結(jié)構(gòu)之間同樣存在正比關系，而剛性苯環(huán)結(jié)構(gòu)直接作用的則是水性聚氨酯涂膜的玻璃化溫度。伴隨著環(huán)氧樹脂添加量的持續(xù)增加，樹脂交聯(lián)密度增大的同時，會大幅度降低樹脂的親水性，進而影響到聚氨酯乳液的貯存穩(wěn)定性。綜上所述，為了確保環(huán)氧樹脂添加量的科學、合理，最佳的添加量應控制在 4.0%6.0%。3.3 環(huán)氧樹脂在加料工藝的選擇表1給出的是不同加料工藝方式條件下，環(huán)氧水性聚氨酯樹脂性能的差別，具體檢測結(jié)果如表1所示。首先我們從反應時間上來看，由快到慢分別是方式一、方式二、方式三。其次從環(huán)氧水性聚氨酯樹脂的整體性能來看，采用方式一所獲取的樹脂，后期

8、粘度相對較大，因此會延長乳化工作時間，同時也會影響到乳液的貯存穩(wěn)定性。相比之下，采用方式三所獲取的樹脂不僅粘度較小，乳化時間快，而且乳液貯存穩(wěn)定。因為環(huán)氧樹脂參與水性聚氨酯的合成反應，主要是環(huán)氧樹脂鏈兩端的環(huán)氧基優(yōu)先參與反應，其次是環(huán)氧樹脂分子上的羥基參與反應，另外存在氨基甲酸酯基與環(huán)氧基發(fā)生開環(huán)反應，后兩類反應為交聯(lián)反應；隨著反應溫度的升高，反應時間的延長，交聯(lián)反應的幾率增大，增加改性樹脂的交聯(lián)密度和涂膜的拉伸強度，降低了改性樹脂的親水性和乳液的貯存穩(wěn)定性。加料方式三由于反應時間短和反應溫度較低，既適當增大了乳液的交聯(lián)密度，同時又不降低乳液的貯存穩(wěn)定性，該工藝穩(wěn)定，易于控制4 結(jié)語從本文的分析我們可以看出，在應用水性聚氨酯涂料時，為了確保涂料性能和質(zhì)量達到應用需求，可以以環(huán)氧樹脂、二羥甲基丙酸、聚醚以及二異氰酸酯為主要原料，通過實驗合成水性聚氨酯分散體之后，再利用環(huán)氧樹脂改性將其合成水性聚氨酯涂料。實驗表明，合成過后的水性聚氨酯涂料不