摘  要：将表面活性剂接枝到聚氨酯改性环氧树脂主体上，制备水性聚氨酯改性环氧树脂固化剂，配制的水性环氧地板涂料性能优良。讨论了TDI用量对固化剂性能和涂膜性能的影响。
    关键词：聚氨酯改性；水性树脂；固化剂；改性；接枝
    
    水性环氧树脂具有诸多优点，可以广泛应用于涂料、黏合剂、复合材料等领域。但是该类树脂在国内并未大量应用，其中一个重要原因是与之配伍的固化剂仍有局限性，如用于涂料的固化剂配制的水性环氧涂料，适用期短、价格太高等，这些因素直接制约了水性环氧涂料的大面积推广应用。本研制工作，通过聚氨酯对环氧树脂的改性，同时将具有反应活性的表面活性剂接枝到固化剂树脂主体上，既消除了加入表面活性剂对涂膜性能的影响，又增韧改善了环氧树脂涂料性能。再与多胺加成，制备了具有自乳化性能的水性环氧固化剂，用其配制的地板涂料综合性能优良，成本较低。
1  实验部分
1.1  原  料
    2，4-甲苯二异氰酸酯(2，4-TDl)，工业级，韩国；E-44环氧树脂，工业级，广州东风化工实业有限公司；环氧树脂，工业级，台湾省；乙二醇单丁醚，工业级；表面活性剂，改性处理；丁基缩水甘油醚，工业级；醋酸，工业级；丙酮，分析纯，广州化学制剂厂；三乙撑四胺，试剂级，广州化学制剂厂；阻聚剂；催化剂。
1.2  制备工艺
    在500mL三颈瓶中投入环氧树脂、TDI、改性处理的表面活性剂、阻聚剂，加热搅拌反应至终点(反应物溶于丙酮，滴人亚硝酸钠饱和水溶液不变黄色)。而1 000mL四颈瓶中投入三乙撑四胺，控制反应温度缓慢加入上述反应物进行加成反应；滴加丁基缩水甘油醚对加成物进行封端，用醋酸调节亲水亲油平衡。加入蒸馏水稀释到50％固含量，即得产品。
1.3  产品技术指标
    颜色：淡黄色微乳光液体；固体分：(50±2)％；黏度(25℃)：1000-2000 mpa·s；活性氢当量：340±10。
1.4  涂料配制
    E-44环氧树脂2份(质量份，下同)，自制水性固化剂3份，加入颜填料浆和助剂等，经高速分散，配制成水性环氧自流平地板涂料。
2  结果与讨论
2.1  TDI用量对水性环氧固化剂性能的影响
    分别合成了不同TDI含量(按总质量计)的水性环氧固化剂，性能测试结果如表l所示。

表1  不同TDI质量分数对水性固化剂性能的影响
TDI质量分数/％   水溶性          与E-44配漆性能           成膜性能
2.5       不溶解，分层  
4.0 溶解，淡黄色微乳光液体   泡多，不稳定       不能形成连续涂膜
5.0 溶解，淡黄色微乳光液体 稳定性好，乳液发蓝光 涂膜平整光滑
7.0 溶解，淡黄色微乳光液体 稳定性好，乳液发蓝光 涂膜平整光滑
9.0 溶解，淡黄色微乳光液体 稳定性好，乳液发蓝光 涂膜平整光滑
10.0 溶解，淡黄色微乳光液体 稳定性好，乳液发蓝光 不能形成连续涂膜

    
    由表1可见，TDI用量的质量分数为4.0％～9.0％时，合成的水性固化剂稳定性好，配漆性能和涂膜表观性能均较好；当低于3.0％时，表面活性剂含量太小，不能很好地乳化环氧树脂，不能形成稳定的漆液及平整的涂膜；当大于10.0％时，小分子胺加成物含量相应提高，虽然乳化性能好，但体系的极性增大，表面张力太大，同样不能形成连续的涂膜。
2.2  TDI用量对涂膜物理机械性能的影响
    TDI用量(质量分数)分别为4.0％、5.8％、8.0％、9.0％的固化剂和E-44环氧树脂配制清漆，制备的涂膜性能如表2
    表2  TDI用量对涂膜物理机械性能的影响
TDI用量/％   耐冲击性/cm   柔韧性/mm   铅笔硬度   附着力/级
 4.0            50            1           2H         1
 5.8            50            1           2H         1
 8.0            50            1           HB         1
 9.0            10            3
    
    表2数据说明，TDI用量为4.0％～7.0％时，涂膜物理机械性能较好，TDI用量超过8.0％以后，小分子胺加成物含量成倍增加，导致涂膜强度下降，物理机械性能变差。
2.3涂料适用期
用TDI用量的质量分数为5.0％的固化剂和E44环氧树脂配制清漆，并制板；漆液放置2.5h后，再制板；放置4h和6h后，再分别制板，室温干燥72h，检测涂膜性能，结果如表3

    表3  涂料适用期检测结果
漆液放置                  漆膜物理机械性能
时间/h    耐冲击性/cm   柔韧性/mm   铅笔硬度   附着力/级
  0            50          1          2H         1
 2.5           50          1          2H         1
  4            50          1          2H         1
  6            20                     2B
    
从表3可见，自制水性环氧固化剂配制的涂料，室温放置4h后制备的涂膜，性能并没有下降，说明自制的水性固化剂赋予水性环氧涂料较长的使用期，其适用期可长达4h，可以满足工程施工的需要。
2.4  水性环氧地板漆性能检测
    用自制固化剂和E-44环氧树脂配制水性环氧地板漆，与进口固化剂配制的地板漆进行性能对比检验结果见表4。
    表4所列检测结果说明，自制的水性环氧固化剂与E-44环氧树脂配制的地板漆综合性能优良，耐冲击性和耐磨性更加优异。这也正是环氧树脂体系中引入了具有增韧作用的表面活性剂成分，以及经过聚氨酯对其适度改性的具体表现，证明聚氨酯改性后的水性环氧固化剂，改进了水性环氧地板涂料的性能。

  表4 自制固化剂配制的水性环氧地板漆性能检测结果

  测试项目           用进口固化剂      自制固化剂
                     配制的地板漆      配制的地板漆
附着力/级                1                 1
耐冲击性/50cm           未通过            通过
铅笔硬度                  2H                2H
柔韧性/mm                  2                1
耐磨性(750g×l000r)/g   0.039             0.031
耐盐水性            漆膜无失光、变    漆膜无失光、变
(7d，3％NaCl)      色、起泡、斑点和  色、起泡、斑点和
                       脱落现象          脱落现象
耐碱性              漆膜无失光、变    漆膜无失光、变
(7d，3％NaOH)      色、起泡、斑点和  色、起泡、斑点和
                       脱落现象          脱落现象

2.5  制造成本分析
    从制备原料可以看出，全部采用常见易得的原料合成了水性环氧固化剂，其价格都不很高，所以研制的固化剂原材料成本较低。但是由于合成步骤多，制造工时长，从表面活性剂的改性处理算起，单批生产大约需要20h，所以工耗和能耗会高一些。
3  结  语
(1)成功制备了水性聚氨酯改性环氧树脂固化剂，其制造成本低，配漆适用期长，配制的水性环氧地板漆性能优良。
(2)TDI用量对水性环氧固化剂性能影响较大，实验数据表明，当TDI用量的质量分数为4％～8％时，制备的固化剂综合性能比较好。