1實驗

    實驗中所用到的主要原料、儀器和設(shè)備分別見表1和表2。 

有機硅和環(huán)氧樹脂復(fù)合聚氨酯涂料的研制

先將一定量的聚醚二元醇在高溫下脫水，接著加入一定比例的TDI和催化劑，降溫攪拌，獲得聚氨酯預(yù)聚體。接著依次加入二甲基硅油、環(huán)氧樹脂、擴鏈劑、交聯(lián)劑、增塑劑、消泡劑和填料，控制反應(yīng)時間和反應(yīng)溫度(指加完各種改性劑和助劑后的時間和溫度)，攪拌均勻后得到有機硅和環(huán)氧樹脂復(fù)合改性的聚氨酯涂料。涂料的基礎(chǔ)配方見表3，配料時，改變某些成分的添加量得到不同的涂料，制成漆膜后以作比較。

有機硅和環(huán)氧樹脂復(fù)合聚氨酯涂料的研制

將制得的涂料涂在打磨得平整、光滑的鐵板上，厚度約2mm，置于室溫下2d，自然晾干成膜之后，在烘干箱中干燥，得到厚度約0.6~1mm的涂膜。

2結(jié)果與討論

    2.1NCO/OH物質(zhì)的量比對涂料性能的影響

    圖1給出了NCO/OH物質(zhì)的量比對涂膜拉伸強度的影響。由圖1可見，隨著NCO/OH物質(zhì)的量比增大，涂膜的拉伸強度呈先上升后下降的趨勢。這是由于NCO/OH物質(zhì)的量比低于2∶1時，TDI加入量不足，反應(yīng)后DL2000有殘余；而NCO/OH物質(zhì)的量比高于2∶1時，TDI加入過量，反應(yīng)后TDI有單體殘余。無論是DL2000還是TDI有殘余，其兩者的分子量都很低，夾雜在聚氨酯大分子中，會嚴重影響涂膜整體的拉伸強度，故只有在兩種單體的加入量符合或盡量接近反應(yīng)式配比，即NCO/OH物質(zhì)的量比為2∶1時，聚合物中殘余的單體最少，涂膜的拉伸強度才能達到最佳。

有機硅和環(huán)氧樹脂復(fù)合聚氨酯涂料的研制

 2.2有機硅加入量對涂料性能的影響

    圖2給出了有機硅加入量對涂膜拉伸強度的影響。由圖2可見，隨著有機硅加入量的增加，涂膜的拉伸強度呈先上升后下降的趨勢。加入少量的有機硅時，其分子在生成聚合物的過程中逐漸穿插到聚氨酯大分子中去，形成嵌段或接枝結(jié)構(gòu)。隨著有機硅加入量的增加，嵌段或接枝程度越來越深，分子鏈逐漸增長，分子的作用力也越來越大，涂膜的拉伸強度隨之增大。當有機硅加入量接近8%(質(zhì)量分數(shù))時，這種嵌段或接枝的程度達到飽和。繼續(xù)加入有機硅時，有機硅以小分子形式殘留下來，形成分子間作用力，當受到外界拉力作用時，這種分子間作用力遠遠小于聚合物的分子內(nèi)作用力，故涂膜的拉伸強度下降。

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 2.3正交實驗及結(jié)果

    通過正交實驗，以涂膜的拉伸強度為依據(jù)，確定環(huán)氧樹脂和增塑劑的用量及反應(yīng)時間、反應(yīng)溫度。因素水平表見表4，正交實驗設(shè)計及結(jié)果見表5。通過分析極差，4種因素對涂膜平均拉伸強度影響的主次順序依次為D，A，C，B，而最佳工藝參數(shù)為A3B3C3D1，即環(huán)氧樹脂的質(zhì)量分數(shù)為7%，增塑劑的質(zhì)量分數(shù)為5%，反應(yīng)時間為50min，反應(yīng)溫度為60℃。

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2.4紅外光譜分析

    圖3給出了復(fù)合改性聚氨酯涂膜的紅外光譜分析結(jié)果。3300cm-1處的峰值表示—NCO與—OH反應(yīng)得到的—NH的吸收振動峰，2873cm-1處的峰值表示C—H的吸收振動峰，2258cm-1處的峰值表示—NCO的存在，1732cm-1左右處的峰值表示氨酯鍵中羰基—CO的伸縮振動峰。由此看來，—NCO與—OH確實發(fā)生反應(yīng)生成了新的—NHCOO—基團。1107cm-1附近有表示醚鍵C—O—C伸縮振動的強吸收譜帶，有機硅中的—Si—O—Si—基團的吸收峰與此重疊；915cm-1處出現(xiàn)的吸收強峰為環(huán)氧基的吸收峰。這說明有機硅和環(huán)氧樹脂確實與聚氨酯發(fā)生了反應(yīng)。3475cm-1左右處未出現(xiàn)—OH的振動峰，表明—OH已經(jīng)反應(yīng)完全。

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 2.5熱重分析

    圖4給出了復(fù)合改性聚氨酯涂膜和未改性聚氨酯涂膜的熱重分析結(jié)果。改性涂膜的起始分解溫度ti為267.39℃，未改性涂膜的ti為236.51℃；改性涂膜的50%(質(zhì)量分數(shù))熱失重溫度為383.63℃，未改性涂膜為355.12℃；改性涂膜的熱反應(yīng)終止溫度tf為753.47℃，未改性涂膜的tf為632.50℃。改性涂膜在ti~tf之間的熱質(zhì)量損失率為83.157%，而未改性涂膜則為96.580%。這些數(shù)據(jù)表明，聚氨酯涂料被有機硅、環(huán)氧樹脂復(fù)合改性之后，熱穩(wěn)定性大大提高。這是由于體系中的有機硅、環(huán)氧樹脂和聚氨酯形成了互穿網(wǎng)絡(luò)聚合物，相與相之間不僅有物理纏結(jié)，還有化學接枝，從而增加了網(wǎng)絡(luò)的相容性，體現(xiàn)出較高的熱穩(wěn)定性能。

有機硅和環(huán)氧樹脂復(fù)合聚氨酯涂料的研制

 2.6涂料的主要性能

    實驗中根據(jù)國家標準對比檢測了未改性涂料、有機硅改性涂料、有機硅和環(huán)氧樹脂復(fù)合改性涂料的各方面性能，檢測結(jié)果見表6。

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3結(jié)論

    1)制備聚氨酯預(yù)聚體的單體TDI和DL2000的最佳配比是NCO/OH物質(zhì)的量比為2∶1。

    2)制備有機硅和環(huán)氧樹脂復(fù)合改性的聚氨酯涂料時，有機硅、環(huán)氧樹脂、增塑劑的加入量分別為8%，7%，5%(均為質(zhì)量分數(shù))，反應(yīng)時間為50min，反應(yīng)溫度為60℃，可獲得性能較好的改性聚氨酯涂料，涂膜具有較高的力學強度、良好的附著力、較低的吸水率、較好的熱穩(wěn)定性和耐酸堿性能。（作者：殷錦捷 周華利）

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