张孜文聚氨酯KH560改性非离子型水性环氧固化剂的制备与性能

聚氨酯/KH560改性非离子型水性环氧固化剂的制备与性能报告人：张孜文安徽大学化学化工学院向低VOC、高效、节能、生态方向发展环境友好型涂料1.粉末涂料2.辐射固化涂料（UV/EB系统）3.水性涂料4.高固体份涂料5.无溶剂型涂料一、涂料工业的发展方向优点以水为溶剂，节省能源，无火灾危险；设备可用水清洗，操作安全、方便；具有优良的附着力。缺点水的蒸发热较有机溶剂高，使干燥时间延长；水的表面张力较高，对基体的润湿相对困难；水的导电率高，使金属易腐蚀。二、水性涂料的特点三、水性环氧树脂与固化剂环氧树脂概况水性环氧树脂和固化剂双组份体系水性环氧树脂的固化过程1环氧树脂概况双酚A型环氧树脂结构式2水性环氧树脂和固化剂双组份体系Ⅰ型水性环氧树脂体系Ⅱ型水性环氧树脂体系（1）Ⅰ型水性环氧树脂体系（2）Ⅱ型水性环氧树脂体系水分蒸发离子聚结固化剂扩散固化交联反应3水性环氧树脂的固化过程聚氨酯概况聚氨酯改性环氧树脂的方法四、聚氨酯改性增韧环氧树脂聚氨酯结构式1聚氨酯概况聚氨酯是聚氨基甲酸酯（PU）的简称，一般定义为在高分子链的主链上含有重复的氨基甲酸酯键结构单元（—NHCOO—）的高分子化合物。聚氨酯是一类性能比较全面的材料。具有高弹性、耐磨、抗撕裂等特点,且与环氧树脂相容性好。因此,利用聚氨酯改性环氧树脂能显著提高其力学性能,实现环氧树脂在众多领域的应用。2聚氨酯改性环氧树脂的方法端氨基PU增韧EP咪唑封端PU改性EP互穿网络聚合物(IPN)增韧EPPU型乳化剂乳化改性EP（1）端氨基PU增韧EP图1端氨基PU结构简式（2）咪唑封端PU改性EP图2咪唑封端PU结构简式（3）IPN增韧EPIPN是组成和构型不同的均聚物或共聚物的物理混合物,是特殊的多相体系,其特点是一种材料无规则地贯穿到另一种材料中,使得IPN体系中两组分之间产生了协同效应,起“强迫包容”的作用,得到比一般共混物更加优异的性能。在EP/PU互穿网络聚合物中,两相界面因各种极性基团或反应性基团的存在而引起的不同作用力(氢键和化学键),可有效地提高两聚合物的相容性和稳定性。（4）PU型乳化剂乳化改性EP聚氨酯型乳化剂可以很好地乳化环氧树脂和经环氧树脂改性后的固化剂，其中PEG链段的存在增加了环氧树脂的柔韧性，但是会使体系的耐水性降低。在上述体系中引入有机硅可以改善PEG带来的耐水性的降低，同时也会提高体系的热稳定性。图3聚氨酯型乳化剂结构简式五、聚氨酯/KH560改性非离子型水性环氧固化剂的制备与性能合成机理工艺流程红外表征乳化剂含量对固化剂粒径及稳定性的影响KH560含量对固化膜力学性能的影响固化膜SEM分析固化膜热失重分析固化膜吸水率分析固化剂性能参数结论合成机理a乳化剂的制备b改性胺的制备H2NCH2CH2NHCH2CH2NH23+OOH2NCH2CH2NHCH2CH2NH3OOHc固化剂的合成RNH2+H2CCHOHCCH2OnOHRHNCH2CHOHCHCH2OHHNROHn工艺流程图4水性环氧固化剂的合成流程图910cm-1处为环氧基特征吸收峰。820cm-1和1090cm-1处为Si-O的特征吸收峰。图1(b)中910cm-1处环氧基的特征吸收峰消失，并出现Si-O的特征吸收峰，说明KH560被接入改性胺分子中；图1(c)中910cm-1处吸收峰消失，说明环氧树脂E-44和反应性乳化剂中的环氧基与伯胺已完全反应。图5聚合物红外光谱图红外表征表1乳化剂含量对固化剂粒径及稳定性的影响乳化剂含量/%粒径/nm离心稳定性贮存稳定性0（离子型）48.35稳定稳定9852.7不稳定不稳定12535.4不稳定不稳定15324.6稳定稳定18346.5稳定稳定注：控制KH560的含量为6%乳化剂含量为15%时达到体系的临界胶束浓度，乳液稳定性良好，粒径最小。乳化剂含量对固化剂粒径及稳定性的影响表2KH560含量对固化膜力学性能的影响KH560含量/%冲击强度/kJ.m-2拉伸强度/MPa016.3231.7216.5833.4418.5635.6619.3538.7815.6330.8硅氧烷易水解，水解后与水性环氧树脂中的羟基、环氧基等发生反应，提高固化物的交联密度，力学性能增强，但随着KH560含量的增加，KH560与环氧树脂的相容性将会降低，出现严重相分离，固化物的力学性能降低。注：控制乳化剂的含量为15%KH560含量对固化膜力学性能的影响图6固化膜的SEM图a,未改性；b,聚氨酯改性;c,聚氨酯/KH560改性固化膜SEM分析表3不同固化膜的吸水率固化膜未改性聚氨酯改性聚氨酯/KH560改性吸水率/%3.126.252.85KH560的引入弥补了聚氨酯的引入带来的亲水性的增加；KH560使体系交联度增加，可以增加其对水和有机溶剂的抗性；并且有机硅是憎水基团，存在于固化膜中能够增加固化膜的耐水性。注：乳化剂的含量为15%，KH560的含量为6%固化膜吸水率分析图7固化膜的热失重曲线(a)未改性固化膜；(b)聚氨酯改性固化膜；(c)聚氨酯/KH560改性固化膜样品T5%/℃T50%/℃未改性199369聚氨酯改性175365聚氨酯/KH560改性207372表4样品在不同失重率时的温度固化膜热失重分析表5固化剂性能参数项目性能外观淡黄色均匀液体固含量/%50～52胺值/(mgKOH/g)269.7粘度(mPa.s)1750离心稳定性不分层贮存稳定性室温贮存6个月不分层注：乳化剂的含量为15%，KH560的含量为6%固化剂性能参数a)以聚氨酯型乳化剂、环氧树脂和单封端的TEPA为原料制备聚氨/KH560改性的非离子型水性环氧固化剂。红外表明了KH560的成功接入；当乳化剂含量15%，KH560含量6%时，固化剂的综合性能最佳，固化膜冲击强度为16.32kJ/m2，拉伸强度为31.7MPa，5%和50%的质量热损失温度分别为207℃和372℃，吸水率为2.85%。b)与未改性环氧树脂相比，经聚氨酯/KH560改性后的环氧树脂柔韧性得到显著提高，拉伸强度和耐热性变化不大，稍有增加，涂膜耐水性也有所提高。KH560的引入很好的改善了PEG的引入所带来的影响。结论Thanks！