环氧树脂改性水性聚氨酯木器涂料的合成研究

　　徐恒志，鲍俊杰，王焕，许戈文
　　
　　(安徽大学化学化工学院，安徽省绿色高分子材料重点试验室，合肥230039)
　　
　　摘要：主要探讨影响水性聚氨酯木器涂料乳液稳定性的中和度和羟基含量以及环氧的不同加入量和不同异氰酸根和羟基的比值等因素对涂膜强度以及吸水率、硬度和树脂结构的影响，并根据红外光谱图分析环氧树脂在聚氨酯树脂合成中的反应情况，根据结果得知，中和度为90%，羧基含量为1.4%，当环氧树脂加入量在4%～6%，异氰酸根与羟基的比值为7时得到硬度与韧性较好，且乳液稳定性较好，涂膜耐水性较优的水性聚氨酯木器涂料。
　　
　　关键词：水性聚氨酯；环氧树脂；表征；硬度
　　
　　0前言
　　
　　广泛应用于室内装潢和室外美化的木制品需要进行一定的处理才具有实际应用价值，木器涂料便为这些木制品提供了良好的耐腐蚀和耐老化等防护性能，但是就目前市场上通用的木器用涂料来看，溶剂型占据了大部分。随着越来越严格的环保法规和出口质量规范的相继出台，必须要求木器涂料降低VOC含量和无毒化或者低毒化。水性聚氨酯木器涂料正是在这种大环境中应运而生的，因此具有广泛的应用前景。由于一般的水性聚氨酯木器涂料很难满足木器涂料的较高硬度和耐化学腐蚀等性能的需求，因此对其进行改性是一种很好的提高其性能的方法。环氧树脂具有许多优良的性能，如种类多、易固化、机械强度高、粘附力强、成型收缩率低、化学稳定性好等。其合成原理是利用—OH与—NCO反应制得预聚体，在预聚体中加入小分子扩链剂和亲水扩链剂进行扩链反应，提高预聚物的分子量，加入环氧树脂进行交联，加入中和剂进行中和反应，最后加入去离子水乳化即得环氧树脂改性的水性聚氨酯乳液，减压蒸馏脱去丙酮可得到产品。本次试验采取改变聚氨酯树脂中异氰酸酯含量和在树脂中加入不同量的环氧树脂对配方进行调配，以求得到性能较优的水性聚氨酯木器涂料。
　　
　　1试验部分
　　
　　1.1试剂
　　
　　聚酯多元醇44-T(分子量2000)、聚丙二醇(PPG分子量2000)，在使用之前均需110℃减压脱水，工业级；环氧树脂E-51、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)，工业级，拜耳；二羟甲基丙酸(DMPA)，使用前100℃下真空干燥，分析纯，Aldirich；一缩二乙二醇、三乙胺(TEA)、丙酮，使用前用活化分子筛干燥，分析纯，上海试剂一厂；二月桂酸二丁基锡(DBTDL)、辛酸亚锡，分析纯，上海试剂一厂；异佛尔酮二胺(IPDA)，分析纯，上海化学试剂公司；去离子水，自制。
　　
　　1.2仪器
　　
　　高速剪切分散机，SENCO上海申生科技有限公司；JJ-1增力电动搅拌器，金坛市杰瑞尔电器有限公司；电热恒温鼓风干燥箱，DHG-9070A型，上海精宏试验设备有限公司；SHB-IIIT循环水式多用真空泵，郑州长城科工贸有限公司。
　　
　　1.3合成路线
　　
　　在干燥氮气保护下，将真空脱水后的低聚物二元醇44-T、PPG2000、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)按照计量加入三口瓶中，混合均匀后将温度升至90℃，反应2h；冷却至70℃加入一定量的丙酮和二羟甲基丙酸，滴加几滴催化剂，反应1h，加入一缩二乙二醇和一定量的环氧树脂E-51，反应2h，反应至体系中异氰酸根含量不再变化，降温至40℃出料，加入三乙胺中和，加水乳化，然后加入异佛尔酮二胺(IPDA)进行后扩链，可得水性聚氨酯乳液，减压蒸馏脱去丙酮后既得产品。
　　
　　1.4分析与测试
　　
　　1.4.1—NCO含量的测定
　　
　　按照GB3186-1988取样，用二正丁胺-盐酸滴定法测定反应过程中的—NCO的变化。
　　
　　1.4.2涂膜制备
　　
　　将制备好的乳液浇在聚四氟乙烯板上，自然干燥3d。
　　
　　1.4.3树脂结构的测定
　　
　　采用Nexus-870型FT-IR全反射红外光谱仪(美国Nicolet仪器公司)测试，得出干燥涂膜的红外光谱图。
　　
　　1.4.4涂膜力学性能测试
　　
　　将涂膜室温干燥24h，60℃干燥4h并剪成60mm×6mm哑铃状，深圳市新三思材料测试有限公司计算机控制万能(拉力)试验机(CNMT6104)上进行测试，拉伸速度200mm/min。
　　
　　1.4.5耐水性能测试
　　
　　胶膜的耐水性能测试可由胶模在水中浸泡后的吸水率来衡量。具体步骤如下，将涂膜裁剪成3cm×1cm的形状，将涂膜在真空干燥箱中干燥24h得到其干重(md)。然后将其放入蒸馏水中浸泡24h，平行3次试验，得到吸水后的胶模质量(mt)。利用公式：

　　1.4.6涂膜硬度测试
　　
　　邵氏硬度(A)：LX-A橡胶硬度计测定。　

来源:现代涂料与涂装网