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環氧樹脂改性聚氨酯乳液及涂膜受何影響
PUEA(環氧樹脂改性聚氨酯-丙烯酸酯乳液)對于涂膜的硬度、耐水性、耐化學品性等有明顯改進。哪么它的性能受哪些因素影響?據專家介紹,專家先后研究了環氧樹脂加入時機對PUEA乳液及涂膜的影響、PUA和PUEA復合乳液的紅外光譜分析、PUE/MMA分散液和PUEA復合乳液乳膠粒粒徑及其分布分析、涂膜熱重(TG)分析、環氧樹脂用量對制備過程的影響、環氧樹脂用量對PUEA乳液及涂膜性能的影響。結果表明:加入環氧樹脂對制備的PUEA乳液穩定性有很明顯的影響,通過實驗表明,加入的環氧樹脂質量分數為3~4%為宜;PUE/MMA分散液乳膠粒粒徑較小并且尺寸分布均一,PUEA復合乳液乳膠粒平均粒徑增大且分布也變大。PUEA復合乳液的耐熱性比PUE/MMA分散液的耐熱性好;化學共聚法制備的乳液在鉛筆硬度,光澤度,耐水陛和耐化學試劑性較物理共混法的都要好,所以說明在制備PUEA乳液時采取化學共聚法較好。
關于環氧樹脂加入時機對PUEA乳液及涂膜的影響。研究表明在其他條件相同時,僅改變環氧樹脂加入時機制取了兩種PUEA乳液。其中第1種乳液制備中,預聚反應開始時就將環氧樹脂加入,而第2種乳液制備中,環氧樹脂在親水性預聚體中適時加入。第1種方法制備的乳液涂膜的鉛筆硬度、抗沖擊性、耐水性等均較第2種方法制備的要好。這是因為環氧樹脂中含有羥基,且CYD-012每個分子鏈上含有2個以上羥基,在初期參與預聚反應,這時可以與TDI上的NCO基反應,同時環氧基團也有可能部分進行開環反應,其結果會形成網狀結構的環氧-聚氨酯預聚體分子。而在后期加入環氧樹脂,則不會進行交聯反應。所以在反應初期加入環氧樹脂,得到的涂膜具有更好的性能。另一方面由于環氧樹脂含有親水的醚鍵,接入分子鏈后使其親水鏈段分布均勻,水分散時膠粒粒徑會較小并且尺寸分布會更加均一,所以乳液外觀更好、黏度較小。親水鏈段分布均勻,也可能是涂膜的耐水性更好的一個原因。由上述分析可知,反應初期加入環氧樹脂實質上是進行了共聚反應,因此稱為化學共聚改性,后者則稱為物理共混改性。從性能對比可知宜采取化學共聚法制備PUEA乳液。
PUA和PUEA復合乳液的紅外光譜分析則顯示,在波數2270cm-1處沒有吸收峰,說明反應結束后體系中沒有殘余的-NCO基團。波數1700cm-1處有酯基(羰基)特征峰,且在3311cm-1處有-NH基吸收峰,這說明生成了大量氨酯鍵。在684cm-1和768cm-1處的吸收峰表明乳液中還具有苯環。在1150cm-1處有吸收峰,表明存在聚甲基丙烯酸。由以上可以判斷,該乳液為芳香族聚氨酯與聚丙烯酸酯的復合乳液。在波數2270cm-1處沒有吸收峰,說明反應結束后體系中沒有殘余的-NCO基團。波數1726cm-1處有酯基(羰基)特征峰,且在3309cm-1處有-NH基吸收峰,這說明生成了大量氨酯鍵。在3500cm-1沒有羥基的特征峰出現,說明環氧樹脂通過支化點引入了聚氨酯主鏈。在1258cm-1和925cm-1,878cm-1等多處出現了吸收峰,其中1258cm-1處為環氧基團的對稱振動吸收峰,其余為環氧基團的不對稱振動吸收峰。專家表示,這說明PUEA復合乳液中還含有環氧基團。
采用激光粒度分析儀測試了PUE/MMA分散液和PUEA復合乳液乳膠粒粒徑及其分布。可以發現,PUE/MMA分散液顆粒乳膠粒的平均粒徑為85nm,粒徑較小、分布也較窄,PUEA復合乳液乳膠粒的平均粒徑為95nm,粒徑有所增大、分布也變大。
關于環氧樹脂加入時機對PUEA乳液及涂膜的影響。研究表明在其他條件相同時,僅改變環氧樹脂加入時機制取了兩種PUEA乳液。其中第1種乳液制備中,預聚反應開始時就將環氧樹脂加入,而第2種乳液制備中,環氧樹脂在親水性預聚體中適時加入。第1種方法制備的乳液涂膜的鉛筆硬度、抗沖擊性、耐水性等均較第2種方法制備的要好。這是因為環氧樹脂中含有羥基,且CYD-012每個分子鏈上含有2個以上羥基,在初期參與預聚反應,這時可以與TDI上的NCO基反應,同時環氧基團也有可能部分進行開環反應,其結果會形成網狀結構的環氧-聚氨酯預聚體分子。而在后期加入環氧樹脂,則不會進行交聯反應。所以在反應初期加入環氧樹脂,得到的涂膜具有更好的性能。另一方面由于環氧樹脂含有親水的醚鍵,接入分子鏈后使其親水鏈段分布均勻,水分散時膠粒粒徑會較小并且尺寸分布會更加均一,所以乳液外觀更好、黏度較小。親水鏈段分布均勻,也可能是涂膜的耐水性更好的一個原因。由上述分析可知,反應初期加入環氧樹脂實質上是進行了共聚反應,因此稱為化學共聚改性,后者則稱為物理共混改性。從性能對比可知宜采取化學共聚法制備PUEA乳液。
PUA和PUEA復合乳液的紅外光譜分析則顯示,在波數2270cm-1處沒有吸收峰,說明反應結束后體系中沒有殘余的-NCO基團。波數1700cm-1處有酯基(羰基)特征峰,且在3311cm-1處有-NH基吸收峰,這說明生成了大量氨酯鍵。在684cm-1和768cm-1處的吸收峰表明乳液中還具有苯環。在1150cm-1處有吸收峰,表明存在聚甲基丙烯酸。由以上可以判斷,該乳液為芳香族聚氨酯與聚丙烯酸酯的復合乳液。在波數2270cm-1處沒有吸收峰,說明反應結束后體系中沒有殘余的-NCO基團。波數1726cm-1處有酯基(羰基)特征峰,且在3309cm-1處有-NH基吸收峰,這說明生成了大量氨酯鍵。在3500cm-1沒有羥基的特征峰出現,說明環氧樹脂通過支化點引入了聚氨酯主鏈。在1258cm-1和925cm-1,878cm-1等多處出現了吸收峰,其中1258cm-1處為環氧基團的對稱振動吸收峰,其余為環氧基團的不對稱振動吸收峰。專家表示,這說明PUEA復合乳液中還含有環氧基團。
采用激光粒度分析儀測試了PUE/MMA分散液和PUEA復合乳液乳膠粒粒徑及其分布。可以發現,PUE/MMA分散液顆粒乳膠粒的平均粒徑為85nm,粒徑較小、分布也較窄,PUEA復合乳液乳膠粒的平均粒徑為95nm,粒徑有所增大、分布也變大。
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