蓖麻油 聚丙二醇 环氧改性水性聚氨酯分散体的合成及应用

以环氧树脂E-51 和蓖麻油 聚丙二醇为原料制备了环氧改性的水性聚氨酯分散体。试验结果表明：当环氧树脂用量为6%、蓖麻油用量为20% 和n—NCO/n—OH 为1.4 时，所得涂膜具有优异的耐水性、硬度和抗划伤性，满足水性木器面漆的性能要求。

1 实验部分

1.1 原材料及规格

异佛尔酮二异氰酸酯（IPDI）；聚丙二醇PPG1000（聚醚二醇）：相对分子质量1000；二羟甲基丙酸（DMPA）；三羟甲基丙烷（TMP）、一缩二乙二醇（DEG）、环氧树脂（E 51）、二月桂酸二丁基锡（T-12）、丙酮：工业品；三乙胺（TEA）；无水乙二胺（EDA）。

1.2 合成工艺

依次在反应瓶中加入蓖麻油和聚醚二醇，加热升温至100℃左右，脱水1 h，至不产生气泡为止。降温至50℃左右，加入异佛尔酮二异氰酸酯，升温到90℃，反应2 h，取样测定—NCO 含量，加入计量的二羟甲基丙酸、三羟甲基丙烷、环氧树脂、二月桂酸二丁基锡和一缩二乙二醇，继续反应，测定—NCO 含量。在反应过程中，如果黏度过大，可加入少量丙酮调节黏度。当—NCO 值降至理论值后，将体系温度降至室温，加入计量的三乙胺，搅拌均匀后，在高速搅拌下，缓慢中和。然后，在高剪切搅拌下，加入去离子水进行乳化，再加入扩链剂乙二胺，最后减压抽除丙酮，即得到半透明带蓝光的环氧改性水性聚氨酯分散体。

1.3 配漆及性能测试

以表1 所示的配方配制水性木器涂料。

采用二正丁胺- 盐酸滴定法测定—NCO 值；采用参考文献提供的方法测定吸水率；采用QBY型硬度计，按GB/T 1730—1993 测定漆膜硬度；按照GB/T 23999—2009 测定漆膜的各项技术指标。

2 结果与讨论

2.1 环氧树脂用量的影响

环氧树脂的用量对改性水性聚氨酯分散体贮存稳定性及漆膜性能的影响见表2。

由表2 可见：随着环氧树脂用量的增加，涂膜的吸水率下降，50℃贮存稳定性变差。这是因为环氧基部分开环形成网状交联结构，提高了漆膜的交联密度，耐水性变好。同时环氧树脂结构中含有较强极性的羟基和醚键，可在漆膜与基材界面间产生较强的相互作用力，附着力也随之增大。当环氧树脂用量较大时，由于环氧树脂自聚及其他副反应的发生，贮存稳定性变差。综合考虑，环氧树脂的用量以6% 为宜。

2.2 n—NCO/n—OH（R值）的影响

水性聚氨酯分散体是一种嵌段聚合物，由软段和硬段交替组成。所谓软段是指含有醚键和酯键的低聚多元醇（聚醚和聚酯多元醇）；硬段是指多异氰酸酯、扩链剂等。软段赋予涂膜柔韧性和弹性，因而含较多软段的PU 聚合物具有良好的伸长率和弹性，较低的熔点和玻璃化转变温度；硬段赋予涂膜强度和硬度，使其具有较高的强度、硬度、玻璃化转变温度。因而n—NCO/n—OH（R 值）对乳液成膜物的力学性能有明显的影响。本文以不同R 值合成了环氧改性水性聚氨酯分散体，试验结果如表3 所示。

由表3 可见：随着R 值的增大，体系中氨基甲酸酯基增多，即硬段的比例增大，硬度增大；预聚体中残余的—NCO 基团在乳化时与水或胺反应生成的取代脲增多，内聚能增加，从而提高PU 成膜物的强度和硬度，而脲基本身的亲水性差，故涂膜的耐水性变好，吸水率逐渐减小。在本试验体系中R 值取1.4 时，所合成的乳液和涂膜的综合性能较好。

2.3 蓖麻油用量的影响

蓖麻油是脂肪酸的甘油酯，平均相对分子质量为960，平均官能度是2.7。蓖麻油用量的影响见表4。

由表4 可见：随着蓖麻油用量的增加，漆膜的硬度增大，贮存稳定性变差。这是由于蓖麻油分子链段中含有双键，漆膜干燥后使PU 体系中形成部分网状结构，增加了成膜物的交联密度，因而硬度增大，吸水率减小。但当蓖麻油用量过大时，由于蓖麻油自聚及其他反应的发生，贮存稳定性变差。综合考虑，蓖麻油用量以20% 为宜。

2.4 水性木器涂料的性能指标和漆膜性能

配制的水性木器涂料的性能指标及检测结果见表5，满足GB/T 23999—2009《室内装饰装修用水性木器涂料》中的技术指标，符合水性木器面漆的性能要求。

3 结语

以环氧树脂E-51 和蓖麻油为原料，制备了改性水性聚氨酯分散体。试验结果表明：当环氧树脂用量为6%、蓖麻油用量为20% 和n—NCO/n—OH 为1.4 时，所得涂膜具有优异的耐水性、硬度和抗划伤性，满足水性木器面漆的性能要求。