环氧树脂改性聚氨酯水乳液稳定性的研究

环氧树脂改性水性聚氨酯乳液的制备研究摘要：水性聚氨酯(WPU)是一种以水为分散介质的聚氨酯乳液，具有较好的黏接强度、耐冲击性、耐低温性等优点，作为胶黏剂、涂料等得到广泛应用。

由于WPU的制备方式主要为自乳化法，需要将亲水基团引入聚氨酯分子链上，但亲水基团会使WPU的耐水性变差，限制了其使用范围。

环氧树脂(EP)具有易固化、机械强度高、黏附力强、化学稳定性好、高模量、耐水性和耐溶剂性良好等特点，同时在环氧树脂结构中含有仲羟基可与异氰酸酯中的—NCO基团反应。

将EP引入到WPU体系中，可以增加聚氨酯分子链段之间的交联网状结构，提高聚氨酯材料的力学和耐化学品等性能。

关键词：环氧树脂；水性聚氨酯乳液；制备引言水性聚氨酯是以水作为分散介质的一种胶体，具有相容性好、无任何化学物质污染、易于改性、成本低、操作加工方便等优良性能，水性聚氨酯乳液胶粘剂已成为研究热点。

然而目前大多数水性聚氨酯的相对分子质量小，结构未交联，乳液及胶膜的性能仍存在很多不足。

因此常通过化学改性改善水性聚氨酯乳液胶粘剂的性能，同时扩大其应用范围。

环氧树脂具有高强度、耐介质性好、粘接力强和耐热性好等优点，将环氧树脂引入到水性聚氨酯分子链中形成相互交联的网络结构，可以充分发挥两者的优势，有效提高胶膜的粘接强度、拉伸强度、耐水性等。

1水性聚氨酯乳液与膜的制备在预聚物异氰酸酯指数R=1.10（-NCO/-OH的摩尔比）、亲水扩链剂含量为5%（按总树脂质量计，下同）、交联剂用量为2%、固含量为30%等合成条件相同的情况下，改变交联剂的种类及用量，合成水性聚氨酯。

在装有电动搅拌器、温度计的三口烧瓶中加入一定量的IPDI、PPG2000及DMPA，滴入少量的催化剂DBTDL，加热升温至95℃反应2~3h，再加入交联剂TMP或C.O，温度控制在85℃左右，继续反应约2h。

待反应物中的异氰酸酯基含量达到理论值，用二正丁胺滴定法判定终点，冷却至60~70℃，加入定量的三乙胺（TEA）中和成盐，在高速搅拌条件下加入计量的去离子水进行乳化，随后加入适量的乙二胺（EDA）继续反应扩链约30min，最后减压蒸馏脱除丙酮溶剂，即得到WPU乳液。

2019,Vol郾 33,No郾 7摇 www. mater鄄rep. com水性聚氨酯改性环氧树脂乳液的涂膜性能研究王玉龙1 ,侯立杰2 ,刘志勇1, ,李世宇1 ,李卓辉21摇 烟台大学土木工程学院,烟台 264000 2摇 烟台大学化学与化工学院,烟台 264000制备不同粒径的水性聚氨酯,并分析添加不同粒径和掺量的水性聚氨酯对环氧乳液成膜拉伸性能、断裂伸长率的影响,同时测试了涂膜的抗冲 击、柔韧性、耐腐蚀性、光泽度等性能。

结果发现:粒径为 55 nm 的水性聚氨酯掺量为 5% 时对水性环氧树脂的增韧效果最好,改性涂膜的拉伸强度、 断裂伸长率和断裂能比未改性环氧涂膜分别提高了 30% 、62% 和 143% ,而弹性模量基本不降低。

SEM 结果表明:掺加聚氨酯后环氧涂膜在受到外 力作用时可使应力分散,断口表面条纹多且层次丰富,呈现韧性断裂的特点,形成涂膜的抗冲击、柔韧性、耐酸碱、光泽度等性能也有显著改善。

关键词摇 摇 水性聚氨酯摇 水性环氧树脂摇 增韧摇 涂膜摇 性能 中图分类号:TQ323郾 5摇 摇 文献标识码:AStudy on Coating Properties of Waterborne Polyurethane ModifiedEpoxy Resin LatexWANG Yulong1 , HOU Lijie2 , LIU Zhiyong1, , LI Shiyu1 , LI Zhuohui21摇 College of Civil Engineering, Yantai University, Yantai 264000 2摇 College of Chemistry and Chemical Engineering, Yantai University, Yantai 264000W aterborne polyurethanes with diverse particle sizes were prepared first. Then, the influence of adding waterborne polyurethanes with diffe鄄 rent particle sizes and amounts in epoxy resin latex on the tensile properties and elongation at break of the modified epoxy resin film were investigated. The impact properties, flexibility, corrosion resistance, gloss and other properties of the modified epoxy resin coating were ana鄄 lyzed. The results indicated that the modified epoxy resin with the best toughening effect was prepared by adding 5% waterborne polyurethane with particle size of 50 nm. Compared to the epoxy coating without modification, the modified epoxy resin coating exhibited the increase of 30% , 62% , and 143% in tensile strength, elongation at break, and fracture energy, while the modulus of elasticity of the modified coating did not de鄄 crease. It could be observed from SEM results that fracture surface of the modified coating was rich in stripes and layers, showing the characteris鄄 tics of ductile fracture. This might be explained by the addition of waterborne polyurethane that made the stress on the modified epoxy resin coa鄄 ting be effectively dispersed when subjected to external force. In addition, the properties of the coating, including impact resistance, flexibility, glossiness, acid resistance and alkali resistance, were also improved evidently.Key words摇 摇 waterborne polyurethane, waterborne epoxy resin, toughening, coating, performance0摇 引言环氧树脂( EP) 具有优异的力学性能和化学稳定性,长期 以来被广泛应用于化工涂料、土木建筑等领域;但由于环氧 树脂较脆且容易老化,其应用受到一定限制[1] 。

作者简介：张延祥（2002-），男，本科，主要从事新材料研制方面工作研究。

*通讯联系人收稿日期：2021-10-15水性聚氨酯（WPU ）具有良好的机械性、相容性好等优点，被广泛应用于轻纺、涂料、胶黏剂等行业[1]。

随着人们环保意识的增强，在这样的背景下环保型水性聚氨酯得到了空前的发展。

但是由于水性聚氨酯本身含有亲水基团[2]，导致本身交联密度较低，这导致了其力学性能、热稳定性等性能受到了影响。

这使得水性聚氨酯的改性成为了目前研究的热点。

环氧树脂（EP ）具有高强度、高模量、稳定性好等优点[3]，环氧树脂含有羟基、醚键、环氧基等活泼基团，可以很好的与其他物质中的官能团反应生成稳定的化学键，尤其是环氧基的开环，可以形成稳定的交联结构[4]。

环氧树脂由于本身含有羟基，可以直接参与水性聚氨酯的合成反应[5]。

本研究通过丙酮法制备环氧树脂改性水性聚氨酯（EPWPU ）复合材料，实现了对水性聚氨酯的改性。

1　实验部分1.1　主要药品聚丙二醇（PPG ，M n =2 000），分析纯，湖北鑫润德化工有限公司；二月桂酸二丁基锡（DBTDL ），分析纯，武汉克米克生物医药有限公司；1，4-丁二醇（BDO ），分析纯，扬州市斯雨扬农复合材料有限公司；异佛尔酮二异氰酸酯（IPDI ），分析纯，广东翁江化学试剂有限公司；2，2-二羟甲基丁酸（DMBA ），分析纯，合肥缔邦纳米科技有限公司；N,N -二甲基甲酰胺（DMF ），分析纯，湖北玖丰隆化工有限公司；环氧树脂的加入对水性聚氨酯性能的影响张延祥，孔俊嘉*，卜义夫，李宛桐，郭昊佳，罗奇瑞(沈阳科技学院 化学工程系，辽宁 沈阳 110167)摘要：以聚丙二醇、异佛尔酮二异氰酸酯、2，2-二羟甲基丁酸、环氧树脂E51等为主要原料，通过丙酮法制备环氧树脂改性聚氨酯乳液。

探究了环氧树脂E51的用量对聚氨酯贮存稳定性、力学性能、热稳定性的影响。

结果表明，环氧树脂E51的最佳用量为6%(质量分数)。

木器面漆用环氧改性水性聚氨酯的研制0 引言水性木器漆的研究成为我国涂料行业“十二·五”规划的重要内容，解决水性涂料在硬度、耐水耐溶剂性上的缺陷已经时不我待。

环氧树脂具有模量高、强度高和耐化学性好、热稳定性好等优点，能够通过共混和接枝共聚的方式与聚氨酯结合，目前已经成为提高水性聚氨酯耐水、耐溶剂性能及拉伸强度等各项综合性能的重要手段[1-2]。

特别是环氧树脂作为多羟基化合物，通过共聚法与聚氨酯反应可以将支化点引入聚氨酯主链，形成部分网状结构使性能更为优异。

但是共聚法难以得到稳定的乳液，制备过程中难以乳化，贮存时容易胶化[3]。

因此本研究将环氧树脂与干性油脂肪酸酯化合成环氧酯，并以环氧酯为原料合成环氧树脂和脂肪酸复合改性的水性聚氨酯，结合环氧树脂和不饱和脂肪酸的自动氧化交联作用，希望在提高产品综合性能的基础上解决常规的环氧树脂直接用于水性聚氨酯改性后乳液贮存稳定性差的问题。

1 实验部分1.1 材料亚麻油酸：E-20，N210(Mn=1 000)，江苏三木；甲苯二异氰酸酯(TDI)：巴斯夫；二羟甲基丙酸(DMPA)：工业级，进口；乙二醇(EG)、三乙胺(TEA)、乙二胺(EDA)、N,N-二甲基甲酰胺(DMF)：均为分析纯，国药集团化学试剂有限公司；二正丁胺：分析纯，上海凌峰化学试剂有限公司。

1.2 环氧酯的合成将亚麻油、E-20 环氧树脂、回流二甲苯、催化剂加入到四口瓶内，升温至150 ℃树脂熔化后，开动搅拌，升温至200~205 ℃，保温酯化约2 h，取样测酸值，当酸值降至5 以下时，停止加热，降温冷却、备用。

1.3 水性聚氨酯的合成在装有搅拌器、温度计、回流冷凝器的四口烧瓶中，按配方量加入自制环氧酯和N210，用适量丙酮溶解后，加入计量的TDI，80 ℃下反应2 h，降温到60 ℃，加入DMPA、丙酮，65~80 ℃回流反应2 h，降温到60 ℃，加入乙二醇扩链，60~75 ℃回流反应至异氰酸根含量(二正丁胺滴定法)达规定值。

新型改性水性环氧树脂的制备及性能研究摘要：环氧树脂是一种化学性质优异的材料，其中包含环氧基、羟基和醚键等多种活性反应基团，因此在各种领域得到广泛应用。

然而，传统的溶剂型环氧树脂由于其高挥发性有机化合物（VOC）含量已经无法满足现代绿色环保的需求，因此研究环氧树脂水性化技术及其改性化方法就显得非常重要。

通过采用自制反应型表面活性剂作为亲水基团，并加入低分子量环氧树脂等原料进行制备，可以得到环氧当量在800g/eq左右的水性化环氧树脂。

与市售的水性环氧树脂相比，这种材料具有优异的打磨性能和耐水性能，而且干燥性能也更加出色，适合于“湿碰湿”体系。

此外，由于它能添加更少的固化剂，因此也具有更好的性价比。

鉴于此，本文将讨论新型改性水性环氧树脂的植被以及改性后的性能，旨在推广和应用水性化环氧树脂技术，促进经济可持续发展和环保事业的发展。

关键词：水性环氧树脂；制备；性能前言：环氧树脂是一种常用于涂料、粘结剂等产品的树脂基体，由于其具有优异的附着力强、力学性能高、耐化学品性和电绝缘能力等特性，在建筑结构工程、机械零件加工以及航空工业制造等领域得到了广泛应用。

然而，传统的溶剂型环氧树脂存在致毒、挥发性强等问题，因此研究环保、安全而有效的水性环氧树脂已成为专家学者的关注重点。

本研究合成的新型水性环氧树脂具有更大的分子量以及更好的乳化效果，同时与常规水性环氧树脂相比稳定性更佳、早期打磨性能更好、耐水性能更优秀，解决了目前水性环氧树脂存在的一系列问题。

此外，本研究中合成的水性环氧树脂还具有优异的成膜性能，涂层表面光滑、均匀，具有良好的外观效果。

一、水性环氧树脂改性研究进展（一）聚氨酯改性水性环氧树脂聚氨酯具有良好的韧性、耐冲击性和耐腐蚀性等优点，对环氧树脂进行改性可以有效改善其本身的质脆、耐冲击性不足的缺点，提高涂膜的综合性能。

改性方法可以采用物理共混合共聚改性法。

通过将不同粒径的水性聚氨酯与市售水性环氧乳液进行物理共混，当水性聚氨酯粒径为55nm且比例为5%时，可明显增强环氧树脂的韧性，并提高拉伸性能和涂膜的耐冲击性和柔韧性等[1]。

环氧树脂乳液的稳定性问题环氧树脂乳液的稳定性问题时间:2013-11-05 14:31来源:江苏兰陵化工集团有限公司作者:陈建刚,吴润泽,王桂银0 引言目前，制备环氧树脂乳液的方法主要有3 种：机械法、化学改性法及相反转法[1]。

相反转法步骤少，成本低，易实现工业化生产，但由于制备技术等的欠缺，往往难以获得稳定性优良的乳液体系，为后续使用带来了不少困难。

如何有效提高相反转乳化法制备的环氧乳液体系的稳定性，是研究环氧树脂乳液及水分散性环氧涂料的重要课题之一。

1 乳液稳定性差的原因相反转乳化法是在油／水／表面活性剂体系中通过物理乳化，使其连续相从油相转变为水相的方法。

然而这种由相反转法制备的O/W 体系处于热力学不稳定状态，仅有很短的贮存期，从而影响其使用。

造成环氧乳液贮存稳定性差的原因是多方面的，但总体来说由以下2 方面所引起：1）因为发生了不完全相反转，导致乳液颗粒大，粒径分布宽，从而使得乳液稳定性变差。

2）相反转乳化法大多采用非离子表面活性剂作为乳化剂来乳化环氧树脂，而由于非离子表面活性剂的浊点问题，一旦贮存温度升高，乳液粒子就会趋向于聚结成较大粒子，最终导致两相分离。

2 提高稳定性的方法2.1 选择合适的乳化剂2.1.1 采用混合型乳化剂制备环氧树脂乳液时乳化剂的选择极为重要[2]，早期人们通常使用分子结构中不含环氧基团的表面活性剂作为环氧树脂的乳化剂，如聚氧乙烯芳基醚、聚氧乙烯烷基醚、聚乙烯烷基酯等[3]。

使用时往往需要几种乳化剂混合使用才能得到较为稳定的乳液。

李俊毅等[4]用EL 和OP 型复合乳化剂进行环氧树脂E-44 的乳化，乳化效果好于单一乳化剂体系；徐宝学等[5]采用OP-10、十二烷基磺酸钠和失水山梨醇单硬脂酸酯型非离子表面活性剂复合乳化剂体系对环氧树脂E-51 采用相反转法进行乳化，获得了稳定性优良的环氧树脂乳液。

当然，除了普通乳化剂混合作为乳化剂体系外，近年来，研究者们在采用普通乳化剂和反应性乳化剂复配方面也做了有意义的探讨。

新型环氧树脂改性水性聚氨酯的合成与性能研究杨伟平;戴震;许戈文【期刊名称】《涂料工业》【年(卷),期】2011(041)011【摘要】选用异佛尔酮二异氰酸酯( IPDI)、聚四氢呋喃二醇(PTMG)、二羟甲基丙酸(DMPA)及一缩二乙二醇(DEG)为主要原料,经相转化法合成了阴离子型水性聚氨酯(WPU)自乳化乳液；再加入过量胺开环的环氧树脂E-51,后扩链30 min,得到一系列状态稳定的环氧树脂E-51改性水性聚氨酯(EPU)乳液.并对乳液及胶膜进行了结构表征和性能测试,研究表明:环氧树脂E-51成功被乙二胺开环,用其改性水性聚氨酯,可以使胶膜的机械性能增强,24h吸水率降至1.46％,硬度、耐热性能均得到较大提高.%The anionic waterborne polyurethane emulsion(WPU) was synthesized by the phase inversion process, using isophorone diisocyanate (IPDI) , polytetramethylene glycol (PTMG) , dimethyopropionic acid (DMPA) and diethylene glycol (DEG) as the main raw materials. The epoxy resins ( E -51 ) modified by excess amine were added into the above WPU and stirred for the chain extension (30 min), to form a range of stable epoxy resins ( E - 51) modified WPU emulsions. The structure and performance of modified water-borne polyurethane emulsion and films were characterized and tested, which showed that epoxide group was successfully opened by ethylene diamine forming WPU and enhancing the mechanical properties, water absorption within 24 h reduced to 1. 46% , hardness and heat resistance were also improved.【总页数】6页(P20-25)【作者】杨伟平;戴震;许戈文【作者单位】安徽大学化学化工学院,安徽省绿色高分子材料重点实验室,合肥230039;安徽大学化学化工学院,安徽省绿色高分子材料重点实验室,合肥230039;安徽大学化学化工学院,安徽省绿色高分子材料重点实验室,合肥230039【正文语种】中文【中图分类】TQ630.4【相关文献】1.AG-80环氧树脂改性水性聚氨酯的合成与性能研究 [J], 曾小君;王和平;李芳清2.环氧树脂改性高度支化水性聚氨酯的合成与性能研究 [J], 胡虔;吕兰;吴雄;廖晶;潘吉林;徐祖顺3.二乙醇胺开环环氧树脂改性水性聚氨酯的合成及性能研究 [J], 王继印;黄毅萍;陶灿;俞斌;解芝茜;李磊;许戈文4.乳酸开环环氧树脂改性水性聚氨酯的合成及性能研究 [J], 杨伟平;黎兵;卢敏;许戈文5.环氧树脂改性水性聚氨酯的合成工艺与性能研究 [J], 吴晓青;卫晓利;邱圣军因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

“环氧树脂改性水性聚氨酯”资料汇总目录一、木质素基环氧树脂改性水性聚氨酯的制备及其性能研究二、环氧树脂改性水性聚氨酯胶粘剂的合成研究三、环氧树脂改性水性聚氨酯的合成研究四、丙烯酸树脂—环氧树脂改性水性聚氨酯的研制五、环氧树脂改性水性聚氨酯乳液的制备与研究木质素基环氧树脂改性水性聚氨酯的制备及其性能研究随着环保意识的日益增强，水性聚氨酯作为一种环境友好型的高分子材料，在许多领域得到了广泛的应用。

然而，水性聚氨酯的耐水性、耐化学腐蚀性等性能仍有待提高。

为了改善这些性能，研究者们开始探索如何将木质素基环氧树脂应用于水性聚氨酯的改性中。

木质素基环氧树脂的制备主要分为两个步骤：首先是木质素的预处理，包括去除杂质和降低极性；其次是环氧化的过程，通过氧化剂将木质素转化为环氧树脂。

制备得到的水性聚氨酯，其制备方法主要包括聚合物合成和乳化两个步骤。

将木质素基环氧树脂与水性聚氨酯进行混合，再通过乳化剂的作用形成稳定的水性分散体。

改性后的水性聚氨酯在物理性能、耐水性、耐化学腐蚀性等方面均有所改善。

这主要归功于木质素基环氧树脂的优良性能，如良好的耐热性、耐化学腐蚀性和绝缘性等。

木质素基环氧树脂的引入还提高了水性聚氨酯的粘附力，使其在复合材料、涂料等领域有更广泛的应用前景。

通过对木质素基环氧树脂改性水性聚氨酯的制备及其性能研究，我们发现这种改性材料具有良好的环保性能和优异的物理性能，有望成为未来水性聚氨酯的重要发展方向。

然而，如何实现木质素基环氧树脂与水性聚氨酯的均匀混合，以及如何在保持材料性能的同时降低生产成本，仍是需要进一步研究的问题。

环氧树脂改性水性聚氨酯胶粘剂的合成研究随着环保意识的日益增强，水性聚氨酯胶粘剂因其无毒、无污染的特性，在许多领域得到了广泛应用。

然而，纯水性聚氨酯胶粘剂往往存在粘附力低、耐水性差等缺点，限制了其应用范围。

为了改善这些性能，环氧树脂改性水性聚氨酯胶粘剂成为了研究的热点。

本文旨在探讨环氧树脂改性水性聚氨酯胶粘剂的合成方法及其性能。