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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。
