環氧改性水性聚氨酯涂料的合成與性能研究

蔣迎忠（山西省應用化學研究所， 山西 太原 030027）

環氧改性水性聚氨酯涂料的合成與性能研究

蔣迎忠
（山西省應用化學研究所， 山西 太原 030027）

基選擇用環氧樹脂與聚醚和二羥甲基丙酸（DMPA）以及甲苯二異氰酸酯反應制作出有著一定水性的涂料聚氨酯。經過相關的研究發現，伴隨著環氧樹脂環氧值的降低，改性水性聚氨酯涂膜的硬度以及拉伸強度會產生變化，其強度會獲得極大的提升，斷裂伸長率不斷的減弱。選擇環氧值在0.44 的環氧樹脂合成的改性水性聚氨酯涂膜的硬度能夠提升到0.70；而隨著環氧樹脂的增加，涂膜的機械性能也在增強。對環氧樹脂的合成技術進行使用，可以得出在保存上比較穩定的一種水性聚氨酯的乳液；凝膠滲透色譜的分析顯示出環氧樹脂的改性水性聚氨酯對于聚氨酯的分子量進行了極大的提升。性能的測試顯示環氧改性水性聚氨酯涂料的特點為涂膜的硬度高并且耐水性非常好以及耐溶劑性非常強。

化學；合成；分析

1 具體實驗的部分

（1）實驗原料以及相關的試劑 進行實驗所使用到的實驗原料主要為：甲苯二異氰酸酯以及聚醚二醇和二羥甲基丙酸（DMPA）、丁二醇和N-甲基吡咯烷酮（NMP）以及環氧樹脂、丙酮和三乙胺（TEA）。

（2）關于水性聚氨酯樹脂的合成技術 要想合成水性的聚氨酯樹脂需要在氮氣的保護之下，把已經完成脫水的聚醚二醇以及TDI 加入到已經盛有溫度計以及攪拌裝置回流冷凝器的1000mL的四口燒瓶中，然后將其放置在環境溫度為70℃到80℃的地方進行二個小時的反應，在反應完成之后在其中添加丁二醇，隨后繼續在70℃到80℃的地方進行一個小時的反應，最后使用正丁胺滴定法對反應的結果做出相關的判斷。使其反應完成以后，在開始進行往實際中添加溶有二羥甲基丙酸（DMPA）的NMP 溶液，于此同時還需要在其中進行環氧的樹脂添加，然后使其在環境唯獨為60℃到65℃的環境中進行反應，使其達到要求的規定值，在達到要求的設定值以后再把溫度降至為40℃，在這個時候就能夠繼續去進行三乙胺的添加，然后實現中和的反應，同時在其中填入丙酮進行稀釋，然后正常的室溫的溫水里去實現其的乳化，用乙二胺進行擴鏈，最后需要進行的則是使用真空的方式把丙酮中的水性的聚氨酯分散體進行脫掉。

（3）分析與測試 樹脂結構使用的是傅立葉的紅外光譜儀進行分析，測定的范圍為400到4000cmL。樹脂分子量點后i有凝膠滲透色譜儀測定，流速為每秒1.000毫升；標準物為：單的分散聚苯乙烯；使用的檢測儀器為：HP1047A 示差折光儀；使用 Brookfile RVDL-Ⅱ+粘度儀，4#轉子60r×min-1的轉速，25℃下去對樹脂自身的粘度進行測定。NCO 基含量的測定則是參照我國相關的標準使用滴定進行分析；

2 結果與討論

（1）環氧樹脂具體種類的一些影響 在NCO與OH保持在相同比例中的時候，在其中添加進一些有著相似摩爾數可是環氧值卻并不一致的環氧樹脂，然后使其可以真正的合成水性的聚氨酯，然后使其對于樹脂以及涂膜的性能進行相關的檢驗，結果可以看出伴隨著環氧樹脂的環氧值的不斷降低，并且改性聚氨酯的乳液在肉眼的觀察中不斷的從一種半透明的狀態逐漸的轉變成不透明的狀態，這就顯示出了乳液在進行貯存過程中的穩定性并不高，并且乳液的薄膜的硬度也有所提升，同時其拉伸的強度有也有了一定程度的提升，而裂開的伸長率所有降低，涂膜的耐水性有很大的提升。出現這樣情況的主要原因是因為環氧樹脂的環氧值會因為環境的變化而有所減弱，環氧的樹脂分子量的提升，對水性聚氨酯的交聯結構有所增強，而且還對水性聚氨酯分子的上剛性苯環的含量進行了非常有效的提升，并對涂膜的硬度以及涂抹的耐水性以及涂膜的拉伸強度有了很大的提升，并且使涂膜的彈性以及斷裂伸長率有所降低。改性水性聚氨酯所使用的環氧樹脂的環氧值不可以太小，如果分子量變得太大的話，就會讓水性的聚氨酯的涂膜相對要硬一些并且變得比較脆，同時還失去自身的彈性，這種情況會對乳液保存的穩定性有一定的降低。所以建議選擇E-44的環氧樹脂進行實驗會相對好一些。

（2）環氧樹脂在加料工藝的選擇 環氧樹脂改性水性聚氨酯進行合成的時候，環氧樹脂的加料方式主要分為三種：第一，環氧樹脂和聚醚多元醇在開始反應的時候加入反應器；第二，環氧樹脂以及擴鏈劑丁二醇在進行反應的過程中去將這兩者共同的添加進入反應的容器中；第三，環氧樹脂和親水擴鏈劑的DMPA 在開始反應快技術的時候將其一起添加到反應的容器中。可以說這種不同的加料方式所共同合成的環氧改性水性聚氨酯樹脂，在相同配比的條件之下，加料的方式中環氧樹脂以及進行反應的時間可以說是最久的，并且進行反應之后的樹脂自身的粘度也這幾種中最大的，樹脂的乳化比較困難，乳液的保存的穩定性并不是很好。加料方式三環氧樹脂和反應的時間可以說是最短的，并且樹脂自身的粘度也相對較小，樹脂的乳化比較容易，并且乳液有著很好的外觀，同時便于貯存。

3 結語

使用環氧樹脂改性水性聚氨酯能夠對涂膜的機械性能和耐化學品性給予充分的提升。使用這種工藝，能制作出保存穩定的水性聚氨酯的乳液，其涂膜的硬度可以達到0.70，所以能夠看出其有著極好的耐水性以及非常好的耐溶劑性能。

［1］ QU Jin-qing（瞿金清）， TU Wei-ping（涂偉萍），CHEN Huan-qin（陳煥欽）.Synthesis and characterization of two componentwaterborne.polyurethane paints（雙組分水性聚氨酯涂料的合成與表征）［J］.J Chem Eng of Chinese Univ（高校化學工程學報），2012， 16（2）： 212-216.

［2］ Cauffman E T.Formulating urethane acrylate coatings to reduce degradation ［J］.Modern Paint and Coatings，2012，（6）： 32-36.（文章題目：環氧改性水性聚氨酯涂料的合成與性能研究）

［3］ Tramontano V J， Blank W J.Crosslinking of waterborne polyurethane dispersions ［J］.Journal of Coating Technology， 2013，（848）：89-99.

［4］胡高平，袁紅英，肖衛東.金屬用膠粘劑及粘接技術［M］.北京：化學工業出版社，2013.

［5］胡玉明，吳良義.固化劑［M］.北京：化學工業出版社，2015.

1 凈化水場簡介

元壩天然氣凈化廠用水取自東河的主干流上，引單路管線DN450至凈化廠內的凈化水場，水源水壓力不小于0.1MPa。凈化水場設計處理水量為750t/h，其中考慮10%的自用水量，設計年運行時間8000小時。

凈化水場的產品凈化水主要供給凈化廠內生產聯合裝置、硫磺儲運、水處理站、循環水場、廠外配套工程及生產、生活給水等系統管道，進各單元界區的供水壓力不小于0.3MPa。

原水進水濁度按：平時不大于100 mg/L，最大500 mg/ L；暴雨時3000 mg/L以上考慮。

處理后水質，生活給水達到《生活飲用水衛生標準》GB 5749-2006 的要求，生產給水滿足中石化《石油化工給水排水水質標準》SH 3099-2000。

2 高效沉淀池控制原理

高效沉淀池工藝是依托污泥混凝、循環（回流）、斜管分離及濃縮等多種理論，通過合理的水力和結構設計，開發出的集泥水分離與污泥濃縮功能于一體的新一代沉淀工藝。是凈化水場水質深度處理的核心環節。