特种聚氨酯改性环氧UV树脂的研究探讨

研究了在环氧UV树脂体系中，引入特种聚氨酯预聚体作为改性剂制备聚氨酯改性环氧UV树脂。通过红外图谱来表征改性的环氧UV树脂表明，改性是由环氧UV树脂上的羟基和聚氨酯预聚体上的异氰酸根两者交联来实现的，聚氨酯改性的环氧UV树脂其主体是环氧UV树脂，改性后环氧基团未发生变化。由性能测试可知，与改性前环氧UV树脂相比，经改性后环氧UV树脂基本性能未发生变化，但具有良好疏水性能。

    关键词：环氧UV树脂；聚氨酯；改性；性能测试；疏水性

    前言

    随着科学技术的不断进步，对涂层性能要求较高的低表面能涂料得到了快速的发展，使具有疏水性能的涂层研究成为热点。疏水涂层通常主要有氟碳树脂、有机硅树脂两大类材料，依靠其优良的成膜性、适应性，广泛应用于航空航天、印刷、生物化学、传感器、环境污染、金属冶炼、海洋防污等领域。在当前应用的涂料中，具有高憎水性的有自清洁、减阻等特性的涂料市场需求量甚大。环氧UV树脂（EP）作为制备涂料必不可少的组分，具有良好的粘结性、机械强度和力学性能，它的固化收率小、电绝缘性好、工艺性好、稳定性高，是广泛应用于涂料、胶黏剂、复合材料基体等方面的热固性树脂。但是，目前的纯环氧UV树脂的表现性能已不能满足应用方面的高憎水性、自清洁、减阻等高技术要求，尤其是固化后环氧UV树脂的交联密度高、内应力大，因而存在质脆、耐疲劳性、耐热抗冲击韧性差等缺点，这就对环氧UV树脂的广泛应用造成一定的限制，这就要求对环氧UV树脂进行深入的改性研究[1-2]。目前，对环氧UV树脂采用的主要改性方法之一就是聚氨酯改性环氧UV树脂。聚氨酯（PU)是一种性能优良的具有高弹性、高粘接力、良好柔韧性的高分子材料。其硬度范围宽，而且在高硬度下仍具有良好的橡胶弹性和伸长率，强度优良、耐磨，这就为聚氨酯改性环氧UV树脂提供了基础的先决条件。聚氨酯改性环氧UV树脂近年来发展迅速，可与环氧UV树脂以多种形式结合，并展现出各自的优良特性。特种聚氨酯预聚体改性的环氧UV树脂在低表面能方面具有优良表现，且有高憎水性的自清洁、减阻等特性，并且能够有良好的工艺性能，其市场的应用前景非常可观[3-8]。

    1试验部分

    1.1试剂与仪器

    试剂：环氧UV树脂（E-12），工业级；含氟聚氨酯预聚体，自制；甲苯，化学纯；二月桂酸二丁基锡（催化剂），化学纯；醋酸丁酯，化学纯；聚酰胺300，工业级。仪器：有机合成装置、涂4#杯、IR-21红外图谱仪、QJLC落锤冲击试验机、SL200B接触角仪。

    1.2改性的环氧UV树脂涂层的调配

    取15g改性后的环氧UV树脂样品，加入化学计量的固化剂聚酰胺300，加入一定量的稀释剂[m（醋酸丁酯)∶m(甲苯)=3∶7]，搅拌均匀进行喷涂。

 1.3环氧UV树脂的改性合成

    试验步骤：将一定比例的固体环氧UV树脂与甲苯加热混合，通过加热形成甲苯与水的二元共沸体系，以蒸馏去除E-12中水。蒸馏后的溶液配成固含量为50％的环氧UV树脂溶液，加入化学计量的自制含氟聚氨酯预聚体[9]。混合、搅匀，控制反应温度在65～75℃，加入催化剂后反应5～10h，得到改性的环氧UV树脂。

    2结果和讨论

    2.1甲苯与水二元共沸去除环氧UV树脂（E－12）的水

    由于固体态环氧UV树脂E-12长期暴露于空气中含有少量水，异氰酸根（—NCO）会与水发生反应，在有异氰酸根参与的反应中应特别注重水的存在。以二苯基甲烷二异氰酸酯（MDI)为例，当水过量存在时MDI就会与水发生反应，先生成不稳定的氨基甲酸，然后氨基甲酸很快分解生成胺和二氧化碳，放出的二氧化碳气体。反应生成的胺会与异氰酸根极易进一步反应生成脲，会使预聚物黏度增大，支化或交联，使预聚物稳定性降低。

当有１mol的水（18g）存在时，会有1mol的ＭＤＩ（250g）参与反应。试验表明暴露于空气中的环氧UV树脂固体每100g约含水5～10g。本试验在小容器内进行，如果不先脱去环氧UV树脂中的水，加入反应器的聚氨酯预聚体就会迅速与水反应完，环氧UV树脂的改性反应就根本不会发生。因此，在聚氨酯存在的反应中对反应物的含水量和环境湿度都有严格要求，通常情况需要将聚酯和聚醚等含羟基组分先加热真空脱水，同时在反应中通入干燥Ｎ2保护，以上措施可有效地避免空气湿度的影响。