环氧树脂改性水性聚氨酯消光树脂性能的研究

王海艳

摘要：以环氧树脂作为自乳化的交联改性剂，以此进行消光树脂的有效合成。其中在对共聚物结构与热性能采用热失重分析法与红外光谱方法实施表征，同时在此基础上对耐水性与消光性能实施有效的测定。本文通过试验结果显示，环氧树脂环氧基进行了有效的交联反应，并且还能够在较大程度上提升水性聚氨酯疏水性与稳定性，若环氧树脂保持在一定值的情况下，能够有效提高消光树脂的耐水性与耐热性。本研究以环氧树脂作为交联改性剂，并在此基础上通过环氧树脂环氧基与羟基进行充分反应特征，以此合成了改性水性聚氨酯消光树脂，同时对改性前后水性聚氨酯胶膜耐水性和热性能进行深入探究。

关键词：环氧树脂;水性聚氨酯;消光树脂;性能

前言

我国社会经济在发展过程中，人们生活质量有较大的提升，大大提高人们对事物的审美观念，其中水性聚氨酯受到人们较大的关注，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，传统低光泽水性聚氨酯主要是在环氧树脂中融入消光剂制成。但是，消光剂在较大程度上能够有效降低乳液稳定性，为了提升水性聚氨酯消光树脂综合性能与使用范围，需要对其进行有效的改性。

1.水性聚氨酯及环氧树脂概述

水性聚氨酯有较高的成膜强度，应为缩写为WPU，具有无毒性、耐磨性高以绿色环保等优势，由其制成胶粘剂以及涂料广泛应用在木业、造纸业以及工业等，较多领域中。此外，水性聚氨酯的分散介质主要是以水为主，不但能够有效满足环保要求，而且在较大程度上有较高的安全性，同时有较低的使用成本，并且在不改变溶剂产品工艺的基础上依然具有较高的性能^[1]。环氧树脂在化学中具有较高的稳定性，其英文所写为EP，在使用过程中具有收缩率较低、模量高以及粘接力强等优势，能够作为质量较高的改性剂，能够在较大程度上提升水性聚氨酯消光树脂的耐溶剂性以及耐热性。

2.试验过程

2.1 试验原料

在进行试验过程中，使用到的主要试验原料有聚四氢呋喃二醇、二羟甲基丙酸以及异佛尔酮二异氰酸酯、铋酸催化剂，该催化剂主要是由清远市美乐仕油墨有限公司生产、三乙胺，由天津市大茂化学试剂厂生产、水合肼，含量保持在64%、环氧树脂（EP）、去离子水，该水通过自制而成。

2.2 试验仪器

在试验过程中，需要使用到的仪器主要有LAMBDA950型红外光谱仪，该仪器由德国生产，是试验中较为重要的仪器之一、N5型纳米粒度测量仪，该测量仪是美国Beckman Coulter 公司生产、具有较高的测量精度、TG热失重分析仪，由德国公司生产、500MC光泽计，来自德国仪力信公司、NDJ-1型旋转黏度计，该仪器是一款国产产品，由我国上海精科实业有限公司生产、JJC2 ?型润湿角测量仪，由我国长春市光学仪器总厂生产、800型离心机，苏州奇乐电子科技有限公司^[2]。

2.3 环氧树脂改性水性聚氨酯消光树脂的制备

消光树脂的制备过程，首先需要在N₂保护下，把经过干燥处理后的DMPA、PTMG-1000与IPDI放置于四个烧瓶中，并在此基础上滴入铋酸催化劑，其中该催化剂在使用的时候，有一定的使用量，一般情况下是预聚体总量的0.016%，然后将其加温，逐渐升温至不同温度中，最高温度保持在80度，分别在不同温度环境中进行有效的反应，其中在80度中反应2 h。当体系中NCO含量达到一定值时，将温度降低至70度，并且在此基础上加入EP反应1 h，再将其冷却至35度，同时加入离子水，以一定的搅拌速率对乳化进行有效的剪切，剪切时间应保持20min以上，以此获得水性聚氨酯预聚体分散液。此外，在35度的环境中滴入水合肼，以此将其余NCO完全反应，待反应结束后，使用筛网进行有效的过滤，以此得到所需产品。

2.4 测试或表征

主要表现在以下几个方面：1，结构特征。通过红外光谱法实施表征;2，粒径分布。在对粒径分布过程中主要是通过纳米粒度测量仪实施表征;3，热性能，。根据热失重分析法进行表征;4，光泽度与黏度。均根据ISO 2813—1994标准与GB/T 2794—1995标准进行测定。

3.试验结果

3.1 水性聚氨酯胶膜的FT-IR表征与分析

由图1可知，3429cm^-1位置是氨基甲酸酯中N-H的伸缩振动特征吸收峰，1635cm^-1处是C=O的伸缩振动特征吸收峰，此两峰较为重要，并且主要是有异氰酸酯与羟基进行有效的反应。1 240 cm^-1处是氨酯基中C—O—C的特征吸收峰，2 267cm^-1处无明显的吸收峰，由此可以看出水性聚氨酯胶膜中不存在NCO基残留，表明NCO与羟基产生了一定的反应，同时在反应过程中生成了水性聚氨酯。环氧基特征峰消失，3454 cm^-1处环氧树脂没有出现羟基特征吸收峰，由此说明环氧树脂中羟基与环氧基得到了全部反应，生成了环氧树脂改性水性聚氨酯^[3]。

3.2 胶膜耐水性

在其他条件不变的基础上，环氧树脂含量在较大程度上会对改性水性聚氨酯胶膜吸水率造成影响，若环氧树脂交联剂没有在体系中呈现的过程中，这在较大程度上会增加吸水率，耐水性在一定程度上相对较低。当环氧树脂含量不断下降的过程中，导致胶膜吸水率也逐渐下降，耐水性在此环境中逐渐升高。

4.环氧树脂含量对改性水性聚氨酯胶膜TGA的影响

环氧树脂含量在较大程度上会对改性水性聚氨酯胶膜TGA造成影响，其中造成影响较大的是温度，若温度小于200度时，会对水性聚氨酯胶膜失重率造成一定的影响，使之逐渐减小，失重率主要是由聚合物中小分子物质挥发所致;若温度保持在350度的过程中，未改性水性聚氨酯胶膜在较大程度上低于热分解温度，并且大大提高了失重率温度，由此可以看出，热稳定在此环境中有较大的提升。主要是因PU与环氧树脂预聚体在此过程中出现了交联反应，大大提升了共聚物的分子质量。此外，水性聚氨酯中刚性苯环比例有较大的增加，大大增加了交联密度，以此提升热稳定性。若环氧树脂保持在5%-10%时，相应的改性水性聚氨酯胶膜热失重率有大幅的降低，但是如果环氧树脂出现的过多，会在较大程度上降低了水性聚氨酯的稳定性。

5.改性前后水性聚氨酯胶膜的水接触角

改性水性聚氨酯胶膜水接触角高于未改性前胶膜，由此可以看出，前者疏水性优于后者。此外，环氧树脂与水性聚氨酯在进行反应过程中，这在较大程度上增加了交联结构，致使交联密度不断增加，并且在此基础上苯环结构也逐渐增多，因此改性水性聚氨酯胶膜耐水性不断增强，使水接触角增大。

6.环氧树脂含量对改性水性聚氨酯性能的影响

EP含量对改性水性聚氨酯性能的影响如表1所示，其中包含了黏度预聚体、乳液粒径、W固含量、乳液储存期、光泽度以及乳液^[4]。

有表1 可得，环氧树脂中环氧基与预聚体产生交联结构，并且在此过程中与离子水进行有效的融合乳化，能够形成一种乳液，以此形成的乳液粒径相对比计较小，并且形状比较规整。此外，需要对乳液进行实时性的干燥成膜，微球在胶膜表面显现，会在较大程度上使表面结构粗糙，大大降低了表面光泽度，以此达到一种消光的作用。若环氧树脂保持在10%时，会在一定程度上增加预聚体黏度，反而降低乳化效果，导致乳液中的微球不均匀，直接导致水性聚氨酯储存稳定性降低，由此可以看出，环氧树脂选择在5%最为适宜。

7.結语

综上所述，在对环氧树脂改性水性聚氨酯消光树脂性能研究的过程中，通过试验得到以下两个结论：1，以环氧树脂为交联改性剂，制成的改性水性聚氨酯具有较大的交联度、消光性能优良，并且在此基础上还具有较好的耐热性等优势;2，若EP为5.0%，能够制成存储期为180 d的稳定水性聚氨酯。

参考文献

[1]马少宇，柴春鹏，罗运军. PDMS改性水性聚氨酯消光树脂的制备及性能[J]. 精细化工，2017，34（9）：1030-1036.

[2]丁琳，杨建军，吴庆云，等. 水性聚氨酯消光树脂及改性研究进展[J]. 化工新型材料，2017（05）：28-30.

[3]董永兵，周艳明，吉轩，等. SiO2改性WPU消光皮革涂饰剂的制备及性能[J]. 聚氨酯工业，2017，32（3）：37-40.

[4]朱曾涛，叶燕华，李利群. 渗透注浆法浆材——改性环氧树脂的力学性能研究[J]. 淮海工学院学报（自然科学版），2017，26（2）：52-56.

（作者单位：珠海长先新材料科技股份有限公司）