环氧改性溷合聚醚型水性聚氨酯的合成及性能研究

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1、环氧改性混合聚醚型水性聚氨酯的合成及性能研究资讯类型：树脂行业加入时间：2012年2月28日16:19环氧改性混合聚醚型水性聚氨酯的合成及性能研究王焕徐恒志张威许戈文(安徽大学化学化工学院，安徽省绿色高分子材料重点实验室，安徽合肥230039)摘要:以异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)、聚醚多元醇(PPG－220)、聚醚多元醇(PPG－210)、环氧树脂(E－51)、二羟甲基丙酸(DMPA)等为主要原料，合成了一系列环氧树脂改性的水性聚氨酯(WPU)乳液。探讨了环氧树脂加入量和硬段含量对乳液和膜性能的影响。通过傅立叶变换红

2、外光谱(FTIR)、耐化学品及拉伸测试，研究了改性树脂的结构、耐化学品性和力学性能;通过热重(TG)分析研究了聚合物膜的热性能。试验结果表明:一定量的环氧树脂改性可以明显增大聚氨酯的耐水性，且对提高聚氨酯硬段的热稳定性有帮助;随着体系硬段含量的上升，涂膜的吸水率增大，聚合物的耐热性降低。关键词:水性聚氨酯;环氧树脂;性能中图分类号TQ31文献标识码A引言水性聚氨酯涂膜具有不燃、无毒、环保及节能等优点，同时保持了一般聚氨酯树脂所固有的高强度、耐磨损等优异性能，随着人们环保意识的逐渐增强，WPU在各领域中的应用范围日趋广泛

3、［1－2］，对其改性亦成为国内外的热门研究课题。环氧树脂具有高模量、高强度和耐化学腐蚀性等优点［3］，其结构中含有羟基和活泼的环氧基团，容易发生反应;又含有苯环、醚键，结构稠密。它的引入会使聚氨酯产生一定程度的交联，形成网状结构，对聚氨酯涂膜的力学、耐水性能等有较大改善［4］。环氧树脂改性水性聚氨酯主要是利用环氧树脂的—OH和—NCO发生反应，以及环氧树脂中环氧基的开环反应。将环氧树脂的高耐性、高粘接性及高强度引入到聚氨酯树脂中，获得的改性树脂综合了两者的优点，在胶粘剂、涂料等领域有着巨大的应用潜力。本文采用混合聚醚多

4、元醇作为聚氨酯软段，以环氧树脂E－51为改性剂，先合成—NCO端预聚体，然后加入二元胺进行扩链，再将环氧树脂加入反应，将环氧以开环方式接入到聚氨酯链上，从而制备出一系列环氧改性水性聚氨酯乳液;通过改变环氧添加量和硬段含量，获得力学性能、耐化学品性优良，且涂膜软硬可调的改性水性聚氨酯。1·试验部分1．1主要原料异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)，工业级，德国拜尔公司;聚醚多元醇(PPG－210，Mn=1000)，聚醚多元醇(PPG－220，Mn=2000)工业级，南京金陵石化总公司，使用前在120℃真空条件下脱水2h;环氧树

5、脂E－51，工业级，美国陶氏化学;二羟甲基丙酸(DMPA)、一缩二乙二醇(DEG)，分析纯，四川成都化学试剂厂;丙酮，分析纯，上海市国药集团化学试剂有限公司;辛酸亚锡、二丁基二月桂酸锡，分析纯，上海试剂一厂;三乙胺(TEA)，异佛尔酮二胺(IPDA)分析纯，上海金山亭新化工试剂厂。1．2试验方法在装有回流冷凝管、温度计、搅拌桨的250mL三口瓶中加入IPDI、PPG－220、PPG－210，在85℃下反应2h;降温至60℃，加入一定量的DMPA、DEG，然后加入几滴DBTDL反应3h，其间加入适量丙酮调节黏度;在该反应

6、过程中，每隔30min取样检测残留异氰酸根含量，反应至异氰酸根含量不再变化。降温至30℃以下，然后加入IPDA的丙酮溶液反应约20min，再加入E－51开环反应约30min，期间加入少量丙酮调整黏度，加入TEA中和然后水乳化分散，减压蒸馏脱除反应过程中加入的丙酮，备用。水性聚氨酯原料配比见表1。1．3性能测试方法1．3．1NCO含量的测定按照GB3186－1988标准，取样后用二正丁胺－盐酸滴定法测定反应过程中的—NCO的含量。1．3．2乳液铸膜将制备好的乳液浇在聚四氟乙烯板上，室温下自然干燥4d，得到厚度大约为1mm

7、的水性聚氨酯膜，将该膜置于60℃真空干燥箱烘至质量不再发生明显变化，待用。1．3．3乳液贮存稳定性测试采用中佳KDC－16H高速离心机(科大创新股份有限公司中佳分公司)，在室温、转速3000r/min条件下，离心15min后得到的沉淀量来判断乳液贮存稳定性。1．3．4红外光谱测试在室温条件下用直径为0．5mm铜丝制成的直径为3mm的铜圈，沾取少量水性聚氨酯乳液，待其成膜、真空干燥后进行红外测试。采用Nexus－870型红外光谱仪(美国Nicolet仪器公司)对样品进行测试，测试范围:400～4000cm－1;采样点数3

8、2;分辨率:2cm－1。1．3．5膜力学性能测试将制备的水性聚氨酯膜剪成60mm×6mm哑铃状，于25℃下在深圳市新三思材料测试有限公司计算机控制的万能(拉力)试验机(CMT－6104)上进行测试，拉伸速度50mm/min，拉伸力5000N。1．3．6膜耐化学品测试将膜剪成2cm×2cm小方块，称重(md)，放入去离子水、5%氢氧