水性聚氨酯环氧共混乳液稳定性研究

        有机溶剂型涂料容易造成环境污染,开发环保涂料已经成为研究的重要内容。环氧涂料是涂料的一个重要品种,因其优异的性能在涂料中得到了。但随着环保意识的提高,溶剂型环氧树脂涂料已经不能满足要求。为适应这种变化,环氧树脂涂料的改性就显得尤为重要。目前,对环氧树脂涂料的环保改性归结起来主要有：粉末环氧涂料、水性环氧涂料,尤其是水性化是涂料的重要发展方向。与溶剂型涂料相比,水性环氧涂料的VOC含量低、气味较小、使用安全、并可用水清洗, 同时它还兼有溶剂型环氧涂料良好的耐化学品性、附着性、机械物理性、电器绝缘性以及低污染、施工简便、价格便宜等优点。环氧树脂固化后交联密度高,存在内应力大、质脆,耐冲击性、耐开裂性和耐湿热性较差等缺点,在很大程度上限制了它在某些高技术领域的应用。我们采用水性聚氨酯与水性环氧树脂双乳液进行共混固化形成互穿网络模型,以改良环氧树脂脆性大的问题，提高抗冲击性和开裂性。

1.共混乳液的性能测试方法

1.1酸碱稳定性的测定

装入5mL待测乳液试样，分别逐渐滴加酸和碱，并摇匀，用pH试纸测定混合液的pH值，并观察乳液的变化情况。

1.2高温稳定性的测定

将 50g 试样装入测试瓶中，在 60℃下保持 5d，观察并记录其状态的变化。

1.3机械稳定性的测定

将待测的共混乳液通过100目的标准筛过滤后，在试管中混合，放在离心分离器中，以 3 000r/min的转速离心分离约30min后，将所生成的沉淀通过100目的标准筛过滤，并进行干燥称重。

1.4盐稳定性的测定

装入5mL待测乳液试样，分别逐渐滴加配好的盐溶液，充分摇匀，并观察乳液的变化情况。

1.5含固乳液粒径的研究

将各组共混试样分别在90℃，100℃，110℃，120℃下加热10min，然后在粒径仪上选用超微粉程序测定其粒径分布，得出它的平均粒径。

1.6 共混乳液凝胶时间的的研究

分别将各组共混乳液在180℃的条件下，用玻璃棒触接乳液，当被提起的乳液成线性流下，表明已经凝胶。

2.结果与讨论

2.1共混乳液稳定性分析

        对共混乳液的酸碱稳定性、高温稳定性、机械稳定性、盐稳定性进行了测试。在总体积为 5mL 的共混乳液中，很明显可以看出随着 WPU 含量的增加乳液的颜色由带有蓝色荧光变化成为乳白色，原因是因为我们选用水溶性聚氨酯和水分散性的环氧树脂进行了共混，两种乳液以各种比例混合后其稳定性都表现良好。在表 1 中，我们可以看出， 各组分之间的稳定不是非常明确，都随着各自组分含量的增多而倾向于该组分的性能。从应用性能考虑，WEP：WPU 为 1：1 的比例在这些配比当中能够体现出更好综合稳定性。

2.2含固乳液粒径分布分析

        表 2 是温度对共混乳液平均粒径的影响。在共混液中固化剂，分别测量不同温度下共混乳液的粒径的变换，这是研究共混乳液固化行为的前提和基础。水性环氧树脂明显表现为随着温度的升高，其粒径变大的趋势，在 110℃以上，体系中的水分开始大量挥发，导致乳液破乳无法测量粒径。在共混乳液中，由于有着双组分的存在，粒径出现无规律的变化，分析其原因，一方面是由于水分的挥发，水溶性聚氨酯从体系中吸取水分促使乳液破乳；另一方面由于水分的挥发首先发生在表面，导致粒径破乳的时间不一致，出现粒径分布变大，无规律可寻。

2.3凝胶时间的研究

        温度是凝胶时间的一个重要因素。图 1 是温度对凝胶时间的影响。从图中可知温度的升高可以缩短凝胶时间。从整个曲线分布来看，随着环氧树脂含量的在共混体系中的增加，凝胶时间有所延长。在 100℃以前，发生凝胶主要是共混体系中水性聚氨酯所做的贡献，这也符合共混乳液粒径无规变化的推断。100℃之后，体系中环氧树脂和聚氨酯在同种固化剂的作用下发生固化交联。

        固化剂的含量同样影响着凝胶时间。图 2 是固化剂含量对凝胶时间的影响。图中可知在含固体系的共混乳液中，共混体系的凝胶时间随着固化剂含量的增加而缩短。在体系中固化剂含量高的时候，有更多的活性基团将分散的环氧树脂和水性聚氨酯固化交联，使体系的粘度迅速上升，产生了凝胶效应。但固化剂含量在 20%以后时，凝胶时间已没有太大的变化，这是由于在固化剂只是凝胶时间的非决定性因素，凝胶的发生只是反应动力学上的问题。

3.结论

3.1通过对水性环氧树脂和水性聚氨酯共混乳液的稳定性测试，可以得出共混乳液配比在 3：1（EP：PU）左右时乳液的 pH 值稳定性、高温稳定性、机械稳定性、盐稳定性都在各个组分中是最为稳定的。

3.2在对共混乳液进行凝胶时间影响因素的分析，温度也是影响凝胶时间的重要因素。