環(huán)氧樹脂改性陽離子型水性聚氨酯乳-周

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1、環(huán)氧樹脂改性陽離子型水性聚氨酯粘合劑的合成及性能研究周海峰，瞿啟云，饒喜梅，許戈文*（安徽大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，合肥230039）摘要：以異佛爾酮二異氰酸酯、聚醚二元醇、一縮二乙二醇、環(huán)氧樹脂E-51、N-甲基二乙醇胺為主要原料合成出可用于粘合劑用的環(huán)氧樹脂改性的陽離子聚氨酯乳液。研究了反應(yīng)條件和配方對乳液及膠膜性能的影響。關(guān)鍵詞：陽離子聚氨酯環(huán)氧樹脂Abstract:EpoxyresinmodifiedcationicaqueouspolyurethaneemulsionwassynethesisedbyIPDI

2、、PPG、MDEA、E-51andDEG.Theinfluencesofthereactionadditionandratioontheemulsionandfilmwereinvestigated.keywords:cationpolyurethane;epoxyresin;前言聚氨酯以其軟硬度可調(diào)節(jié)范圍廣、耐低溫、柔韌性好、附著力強(qiáng)等優(yōu)點而廣泛應(yīng)用于皮革涂飾、涂料、膠粘劑等行業(yè)。在聚合物主鏈上引入少量的離子基團(tuán)可改善聚合物的性能而拓寬其應(yīng)用領(lǐng)域。聚氨酯離子體是在聚氨酯主鏈上除含有多個氨基甲酸酯基團(tuán)外,還含有

3、多個離子基團(tuán)的化合物,當(dāng)這些較均勻或無規(guī)分布在大分子鏈上的離子基團(tuán)被中和成鹽后可自行地分散在水中而形成穩(wěn)定的分散液。水性聚氨酯以其無毒、不易燃、不污染環(huán)境等優(yōu)點愈來愈受到消費者的青睞,主要用作紙張、木材、纖維、皮革等的表面涂飾。其中陽離子型水性聚氨酯對疏水性的聚酯、丙烯基類纖維具有良好的潤濕性,在化學(xué)纖維涂層整理、復(fù)合中應(yīng)用較廣。但與溶劑型聚氨酯相比，由于存在親水性基團(tuán)，膠膜的耐水性等還存在一定的差距。為改善水性聚氨酯乳液及涂膜性能、擴(kuò)大水性聚氨酯的應(yīng)用范圍,就必須對水性聚氨酯進(jìn)行適當(dāng)?shù)母男?。本工作研究了加入?/p>

4、量環(huán)氧樹脂(EP),引入交聯(lián)結(jié)構(gòu)來改性水性聚氨酯,提高涂膜的耐水性,同時顯著改善其力學(xué)性能等。一、實驗部分1、主要實驗原料和規(guī)格異佛爾酮二異氰酸酯（IPDI）；聚醚二元醇(Mn=1000～3000)；一縮二乙二醇(DEG)；環(huán)氧樹脂E-51；N-甲基二乙醇胺（MDEA）；冰醋酸(CH3COOH)；以上均為工業(yè)級，二月桂酸二丁基錫(T-12)；辛酸亞錫(T-9)。2、水性聚氨酯樹脂的合成在干燥氮氣保護(hù)下,將PPG，IPDI，E-51按計量加入三口燒瓶中并加混合催化劑,混合均勻后升溫至85℃左右反應(yīng)2h,再加入適量

5、DEG，85℃左右反應(yīng)1h,最后加入MDEA和丙酮60℃反應(yīng)至NCO含量不再變化，降溫至40℃出料。將預(yù)聚體用CH3COOH中和后加水進(jìn)行高速乳化,得到乳液。減壓蒸餾脫去溶劑即得產(chǎn)品。3、膜的制備將不同配方制備好的水性PU乳液放置在自制的玻璃膜板中,室溫成膜后放入60℃的烘箱中干燥恒重,放置在干燥器中備用。4、吸水率的測定將乳液干燥成膜,準(zhǔn)確稱取2g左右的涂膜樣品,放入烘箱中在100℃下進(jìn)行干燥,在室溫下放入蒸餾水中浸泡,觀察其發(fā)白時間。5、紅外光譜測定將全反射紅外光譜技術(shù)(ATR)應(yīng)用于水性聚氨酯膠膜檢測。采

6、用Nexus-870型FT-IR全反射紅外光譜儀（美國Nicolet儀器公司）測試,測出紅外光譜并分析比較所獲得的圖譜。二、結(jié)果與討論：1、紅外光譜分析圖1水性聚氨酯其膠膜的ATR（全反射紅外光譜）光譜圖由圖1可見：3400cm-1為N-H伸縮振動吸收峰，文獻(xiàn)[1]認(rèn)為N-H游離態(tài)吸收峰在3449cm-1左右，氫鍵化在3295cm-1附近，因此，膠膜的N-H鍵已氫鍵化。2971cm-1，2927cm-1，2872cm-1為CH3，CH2，CH的伸縮振動吸收峰，1714cm-1為酯羰基吸收峰。硬段上的羰基,游離態(tài)

7、吸收峰在1732cm-1左右,有序化氫鍵的吸收峰在1701-1703cm-1左右。因此,膠膜中有部分C=O氫鍵化。1105cm-1為??C-O-C吸收峰。1241cm-1為環(huán)氧樹脂的特征吸收峰[2]。紅外光譜分析表明環(huán)氧樹脂改性水性聚氨酯的合成。2、反應(yīng)條件的選擇2．1環(huán)氧樹脂的加入方式對反應(yīng)的影響環(huán)氧樹脂為多羥基化合物，為和-NCO發(fā)生反應(yīng)提供了可能性。本實驗分別在不同的合成階段中加入E-51。發(fā)現(xiàn)如果在第一步的反應(yīng)中加入E-51，能夠形成均一穩(wěn)定的乳液。如果在擴(kuò)鏈階段加入，形成的乳液放置一定的時間后，上層會

8、漂有少量的油狀物，根據(jù)對比實驗可以判斷出該油狀物為未反應(yīng)的環(huán)氧樹脂。原因可能是在擴(kuò)鏈階段加入，由于同時存在E-51和小分子擴(kuò)鏈劑，而E-51的粘度和分子量較大在此階段擴(kuò)散較難，難以充分的發(fā)生分子間的碰撞，在相同的反應(yīng)時間內(nèi)不能完全的反應(yīng)，因此最后的乳液中存在未反應(yīng)的環(huán)氧樹脂。所以合理的改性過程應(yīng)該在第一步加入環(huán)氧樹脂。水性聚氨酯的合成方法主要有外乳化法和自乳化法，本試驗采用自乳化法既在