PUEA(環(huán)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(xué)品性等有明顯改進(jìn)。哪么它的性能受哪些因素影響？據(jù)專家介紹，專家先后研究了環(huán)氧樹脂加入時(shí)機(jī)對PUEA乳液及涂膜的影響、PUA和PUEA復(fù)合乳液的紅外光譜分析、PUE/MMA分散液和PUEA復(fù)合乳液乳膠粒粒徑及其分布分析、涂膜熱重(TG)分析、環(huán)氧樹脂用量對制備過程的影響、環(huán)氧樹脂用量對PUEA乳液及涂膜性能的影響。結(jié)果表明：加入環(huán)氧樹脂對制備的PUEA乳液穩(wěn)定性有很明顯的影響，通過實(shí)驗(yàn)表明，加入的環(huán)氧樹脂質(zhì)量分?jǐn)?shù)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(fù)合乳液乳膠粒平均粒徑增大且分布也變大。PUEA復(fù)合乳液的耐熱性比PUE/MMA分散液的耐熱性好；化學(xué)共聚法制備的乳液在鉛筆硬度，光澤度，耐水陛和耐化學(xué)試劑性較物理共混法的都要好，所以說明在制備PUEA乳液時(shí)采取化學(xué)共聚法較好。
       關(guān)于環(huán)氧樹脂加入時(shí)機(jī)對PUEA乳液及涂膜的影響。研究表明在其他條件相同時(shí)，僅改變環(huán)氧樹脂加入時(shí)機(jī)制取了兩種PUEA乳液。其中第1種乳液制備中，預(yù)聚反應(yīng)開始時(shí)就將環(huán)氧樹脂加入，而第2種乳液制備中，環(huán)氧樹脂在親水性預(yù)聚體中適時(shí)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?yàn)榄h(huán)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(yù)聚反應(yīng)，這時(shí)可以與TDI上的NCO基反應(yīng)，同時(shí)環(huán)氧基團(tuán)也有可能部分進(jìn)行開環(huán)反應(yīng)，其結(jié)果會形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的環(huán)氧-聚氨酯預(yù)聚體分子。而在后期加入環(huán)氧樹脂，則不會進(jìn)行交聯(lián)反應(yīng)。所以在反應(yīng)初期加入環(huán)氧樹脂，得到的涂膜具有更好的性能。另一方面由于環(huán)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(shí)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(yīng)初期加入環(huán)氧樹脂實(shí)質(zhì)上是進(jìn)行了共聚反應(yīng)，因此稱為化學(xué)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(xué)共聚法制備PUEA乳液。
       PUA和PUEA復(fù)合乳液的紅外光譜分析則顯示，在波數(shù)2270cm-1處沒有吸收峰，說明反應(yīng)結(jié)束后體系中沒有殘余的-NCO基團(tuán)。波數(shù)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(huán)。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(fù)合乳液。在波數(shù)2270cm-1處沒有吸收峰，說明反應(yīng)結(jié)束后體系中沒有殘余的-NCO基團(tuán)。波數(shù)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(xiàn)，說明環(huán)氧樹脂通過支化點(diǎn)引入了聚氨酯主鏈。在1258cm-1和925cm-1，878cm-1等多處出現(xiàn)了吸收峰，其中1258cm-1處為環(huán)氧基團(tuán)的對稱振動吸收峰，其余為環(huán)氧基團(tuán)的不對稱振動吸收峰。專家表示，這說明PUEA復(fù)合乳液中還含有環(huán)氧基團(tuán)。
       研究人員采用激光粒度分析儀測試了PUE/MMA分散液和PUEA復(fù)合乳液乳膠粒粒徑及其分布。可以發(fā)現(xiàn)，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(fù)合乳液乳膠粒的平均粒徑為95nm，粒徑有所增大、分布也變大。
在制備PUE/MMA分散液時(shí)，反應(yīng)中加入了環(huán)氧樹脂，聚醚二元醇(PPG-10)和DMPA，環(huán)氧樹脂和聚醚二元醇(PPG-10)含有親水性的醚鍵，DMPA含有親水性的羧基，接入分子鏈后使其親水鏈段分布均勻，所以水分散時(shí)膠粒粒徑會較小并且尺寸分布均一。據(jù)專家介紹，但是當(dāng)加入的MMA和PUE發(fā)生共聚反應(yīng)時(shí)，也就是說當(dāng)親水性的PUE/MMA大分子鏈構(gòu)成的膠粒殼層內(nèi)包裹的MMA的量增多時(shí)，必然促使單個的乳膠粒長大，同時(shí)在反應(yīng)進(jìn)行的過程中也不可能每個乳膠粒都同時(shí)均勻長大，所以PUEA復(fù)合乳液乳膠粒平均粒徑增大且分布也變大了。
       涂膜熱重(TG)分析顯示，溫～75℃都處于失重平臺部分，基本沒有失重；涂膜的起始失重溫度為75℃；失重10%的溫度為150℃，最大失重出現(xiàn)在270℃；在300℃時(shí)約失重總量的65%。從圖6可以看出，PUEA復(fù)合乳液膜在75℃開始失重，失重10%時(shí)約在175℃，最大失重在285℃，到300℃時(shí)只失重43%。通過對比可以看出，由于乙烯基單體MMA的加入，涂膜失重推遲，并且到300℃時(shí)失去的重量也減少，說明PUEA復(fù)合乳液的耐熱性比PUE/MMA分散液的要好。環(huán)氧樹脂用量對制備過程也有影響，加入環(huán)氧樹脂對乳液的制備過程有明顯的影響。在制備PUEA復(fù)合乳液的時(shí)候，隨著環(huán)氧樹脂的加入量增多，乳液的制備越來越困難，貯存穩(wěn)定性也越來越差。當(dāng)樹脂中環(huán)氧樹脂質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于4%時(shí)，乳液的制備很容易失敗。雖然增加DMPA的含量可以提高乳液穩(wěn)定性，但這樣會引入大量的親水性基團(tuán)從而使涂膜的耐水性下降。圖7為加入不同的環(huán)氧樹脂質(zhì)量制備的PUEA乳液分散前后黏度對比。
       隨著加入環(huán)氧樹脂質(zhì)量的增大，乳液的黏度有明顯增加，這是因?yàn)榄h(huán)氧樹脂直接參與共聚接人了聚氨酯主鏈，同時(shí)環(huán)氧基團(tuán)進(jìn)行開環(huán)反應(yīng)，使之形成互穿網(wǎng)絡(luò)型的交聯(lián)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，從而使乳液的黏度增加。而當(dāng)加入蒸餾水分散后，乳液的黏度會有一定的下降。但如果加入環(huán)氧樹脂的量過多的話，會造成實(shí)驗(yàn)失敗，因此，綜上所述，加入環(huán)氧樹脂質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3～4%為宜。環(huán)氧樹脂用量對PUEA乳液及涂膜性能的影響如何？通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，環(huán)氧樹脂的用量對PUEA乳液及其涂膜的性能有明顯的影響。可以看出，加入環(huán)氧樹脂后制備的PUEA乳液比不加環(huán)氧樹脂的純PUA乳液多項(xiàng)性能上升，這是因?yàn)榄h(huán)氧樹脂直接參與共聚接人了聚氨酯主鏈，同時(shí)環(huán)氧基團(tuán)進(jìn)行開環(huán)反應(yīng)，使之形成互穿網(wǎng)絡(luò)型的交聯(lián)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，所以乳液的耐水性、耐溶劑性、硬度等顯著提高，但是乳液的儲存穩(wěn)定性有所下降，涂膜的光澤度也有所下降，這可能是因?yàn)榄h(huán)氧樹脂的加入提高了交聯(lián)度，造成穩(wěn)定性下降。