蓖麻油 聚丙二醇 環(huán)氧改性水性聚氨酯分散體的合成及應用

以環(huán)氧樹脂E-51 和蓖麻油 聚丙二醇為原料制備了環(huán)氧改性的水性聚氨酯分散體。試驗結(jié)果表明：當環(huán)氧樹脂用量為6%、蓖麻油用量為20% 和n—NCO/n—OH 為1.4 時，所得涂膜具有優(yōu)異的耐水性、硬度和抗劃傷性，滿足水性木器面漆的性能要求。

1 實驗部分

1.1 原材料及規(guī)格

異佛爾酮二異氰酸酯（IPDI）；聚丙二醇PPG1000（聚醚二醇）：相對分子質(zhì)量1000；二羥甲基丙酸（DMPA）；三羥甲基丙烷（TMP）、一縮二乙二醇（DEG）、環(huán)氧樹脂（E 51）、二月桂酸二丁基錫（T-12）、丙酮：工業(yè)品；三乙胺（TEA）；無水乙二胺（EDA）。

1.2 合成工藝

依次在反應瓶中加入蓖麻油和聚醚二醇，加熱升溫至100℃左右，脫水1 h，至不產(chǎn)生氣泡為止。降溫至50℃左右，加入異佛爾酮二異氰酸酯，升溫到90℃，反應2 h，取樣測定—NCO 含量，加入計量的二羥甲基丙酸、三羥甲基丙烷、環(huán)氧樹脂、二月桂酸二丁基錫和一縮二乙二醇，繼續(xù)反應，測定—NCO 含量。在反應過程中，如果黏度過大，可加入少量丙酮調(diào)節(jié)黏度。當—NCO 值降至理論值后，將體系溫度降至室溫，加入計量的三乙胺，攪拌均勻后，在高速攪拌下，緩慢中和。然后，在高剪切攪拌下，加入去離子水進行乳化，再加入擴鏈劑乙二胺，最后減壓抽除丙酮，即得到半透明帶藍光的環(huán)氧改性水性聚氨酯分散體。

1.3 配漆及性能測試

以表1 所示的配方配制水性木器涂料。

采用二正丁胺- 鹽酸滴定法測定—NCO 值；采用參考文獻提供的方法測定吸水率；采用QBY型硬度計，按GB/T 1730—1993 測定漆膜硬度；按照GB/T 23999—2009 測定漆膜的各項技術指標。

2 結(jié)果與討論

2.1 環(huán)氧樹脂用量的影響

環(huán)氧樹脂的用量對改性水性聚氨酯分散體貯存穩(wěn)定性及漆膜性能的影響見表2。

由表2 可見：隨著環(huán)氧樹脂用量的增加，涂膜的吸水率下降，50℃貯存穩(wěn)定性變差。這是因為環(huán)氧基部分開環(huán)形成網(wǎng)狀交聯(lián)結(jié)構(gòu)，提高了漆膜的交聯(lián)密度，耐水性變好。同時環(huán)氧樹脂結(jié)構(gòu)中含有較強極性的羥基和醚鍵，可在漆膜與基材界面間產(chǎn)生較強的相互作用力，附著力也隨之增大。當環(huán)氧樹脂用量較大時，由于環(huán)氧樹脂自聚及其他副反應的發(fā)生，貯存穩(wěn)定性變差。綜合考慮，環(huán)氧樹脂的用量以6% 為宜。

2.2 n—NCO/n—OH（R值）的影響

水性聚氨酯分散體是一種嵌段聚合物，由軟段和硬段交替組成。所謂軟段是指含有醚鍵和酯鍵的低聚多元醇（聚醚和聚酯多元醇）；硬段是指多異氰酸酯、擴鏈劑等。軟段賦予涂膜柔韌性和彈性，因而含較多軟段的PU 聚合物具有良好的伸長率和彈性，較低的熔點和玻璃化轉(zhuǎn)變溫度；硬段賦予涂膜強度和硬度，使其具有較高的強度、硬度、玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。因而n—NCO/n—OH（R 值）對乳液成膜物的力學性能有明顯的影響。本文以不同R 值合成了環(huán)氧改性水性聚氨酯分散體，試驗結(jié)果如表3 所示。

由表3 可見：隨著R 值的增大，體系中氨基甲酸酯基增多，即硬段的比例增大，硬度增大；預聚體中殘余的—NCO 基團在乳化時與水或胺反應生成的取代脲增多，內(nèi)聚能增加，從而提高PU 成膜物的強度和硬度，而脲基本身的親水性差，故涂膜的耐水性變好，吸水率逐漸減小。在本試驗體系中R 值取1.4 時，所合成的乳液和涂膜的綜合性能較好。

2.3 蓖麻油用量的影響

蓖麻油是脂肪酸的甘油酯，平均相對分子質(zhì)量為960，平均官能度是2.7。蓖麻油用量的影響見表4。

由表4 可見：隨著蓖麻油用量的增加，漆膜的硬度增大，貯存穩(wěn)定性變差。這是由于蓖麻油分子鏈段中含有雙鍵，漆膜干燥后使PU 體系中形成部分網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，增加了成膜物的交聯(lián)密度，因而硬度增大，吸水率減小。但當蓖麻油用量過大時，由于蓖麻油自聚及其他反應的發(fā)生，貯存穩(wěn)定性變差。綜合考慮，蓖麻油用量以20% 為宜。

2.4 水性木器涂料的性能指標和漆膜性能

配制的水性木器涂料的性能指標及檢測結(jié)果見表5，滿足GB/T 23999—2009《室內(nèi)裝飾裝修用水性木器涂料》中的技術指標，符合水性木器面漆的性能要求。

3 結(jié)語

以環(huán)氧樹脂E-51 和蓖麻油為原料，制備了改性水性聚氨酯分散體。試驗結(jié)果表明：當環(huán)氧樹脂用量為6%、蓖麻油用量為20% 和n—NCO/n—OH 為1.4 時，所得涂膜具有優(yōu)異的耐水性、硬度和抗劃傷性，滿足水性木器面漆的性能要求。