水性聚氨酯樹脂具有硬度高、附著力強、耐腐蝕、耐溶劑好、VOC含量低等優點，符合發展涂料工業的“三前提”(資源、能源、無污染)及“四E原則”(經濟ECONOMY、效率EFFICIENCY、生態ECOLOGY、能源ENERGY)。然而，一般的聚氨酯乳液的自增稠性差、固含量低、乳膠膜的耐水性差、光澤性較低，涂膜的綜合性能較差[1]。環氧樹脂(EP)具有許多優良的性能，如種類多、易固化、機械強度高、成型收縮率低、成本低，還具備高模量、高強度和熱穩定性好等特點，環氧樹脂漆膜對基材附著力強，并具有優良的抗化學腐蝕性，尤其是耐堿性強，兼有較好的柔韌性和電絕緣性等。

環氧樹脂具有仲羥基和環氧基，其中仲羥基可與異氰酸酯反應。用環氧樹脂作用含羥基組成的物質，例如與PU復配，可使涂膜的附著力、耐堿性提高，適于制備耐化學藥品、耐鹽水的涂料。本文主要介紹了聚氨酯和環氧樹脂復配的現行方法、研究進展及應用。

1·聚氨酯/環氧樹脂復配方法

1.1共聚

環氧樹脂具有高模量、高強度和耐化學性好等優點，可直接參與水性聚氨酯的合成反應，提高水性聚氨酯涂膜的機械性能、耐熱性、耐水性和耐溶劑性等。采用共聚的方法,能夠得到穩定的乳液和綜合性能好的環氧樹脂改性水性聚氨酯分散體。

胡劍青等[2]在自乳化水性聚氨酯的合成過程中，引入環氧樹脂制備得到水性聚氨酯環氧樹脂乳液，該乳液有機揮發物含量低，既具有環氧樹脂的高附著力、高強度、耐化學品性和防腐性，又具有聚氨酯優良的柔韌性、耐磨性、豐滿度、耐老化性和成膜性能;以此乳液作為基料，通過配方設計，篩選出無毒高效復合鐵鈦防銹顏料，配合其他填料和助劑，研究制備了高性能水性防銹涂料。

瞿金清等[3]采用環氧樹脂作為大分子擴鏈劑，充分利用環氧樹脂的環氧基和羥基參與反應，合成的水性聚氨酯樹脂性能優異。吳校彬等用環氧樹脂作交聯改性劑，采用預聚體分散法合成了環氧交聯改性的水性聚氨酯(WPUE)。實驗表明環氧樹脂的加入，可以顯著地提高PU膜的硬度、光澤度和拉伸強度，降低吸水率。也可以提高WPU膜的耐熱性能。傅立葉紅外光譜分析和TG、DSC分析表明，氫鍵化行為和網狀結構是WPUE涂膜具有良好的力學性能和熱性能的重要原因。

1.2共混

共混是改善材料綜合性能的有效方法。通過不同混合材料之間的協同作用，可以彌補單一材料存在的缺陷，提高材料的綜合性能，甚至產生單一材料原本不存在的新性能[5]。

肖麗等[6]用彈性、耐磨性好的熱塑性聚氨酯與環氧樹脂共混，得到彈性高，耐磨性、粘結強度、拉伸強度和韌性等都比較理想的材料。在共混體系中，兩相間存在著化學鍵的交聯交聯有利于兩相間相容性的提高，尤其對提高本來不相容的聚合物對的相容性是有效的，可對共混體系起到穩定作用體系中分子鏈上的氨基甲酸酯基、脲基等基團與環氧樹脂上的羥基還可能形成一定程度的氫鍵，氫鍵的存在亦是有效地改善體系相容性的手段。

李永清等[7]按一定比例配制的聚氨酯預聚物(PPU)/環氧(EP)體系，在多元胺固化劑的交聯作用下，能形成機械性能良好的材料。Chiu Hisen-Tang等[8]采用將有機硅、PU和EP共混的方法制得了介于分子間交聯和自交聯的互穿網絡聚合物，用單擺流變儀測定了材料的固化行為。結果表明，通過軟段和硬段比例的調整，可使制得的材料具有優異的抗震性、粘結性和耐熱性，具有較好的發展和應用前景。

1.3接枝與互穿網絡

環氧樹脂的剛性和附著力強，光澤、穩定性、硬度等性能好，但柔韌性和耐磨性不及聚氨酯。因此，配用適量的環氧樹脂改性，可以改善聚氨酯的性能。另外，環氧樹脂為多羥基化合物，在與聚氨酯反應中可以將支化點引入聚氨酯主鏈，使之形成部分網狀結構而性能更為優異[9]。環氧樹脂具有可與異氰酸酯基反應的羥基，使聚氨酯與環氧樹脂的網絡間能產生化學交聯，使得這一IPN結構具有特殊的性能[10]。聚氨酯/環氧樹脂互穿網絡(PU/EP IPN)是一種研究較多、并且具有實用價值的材料，目前絕大部分的研究集中在PU/EP IPN彈性體的性能和微觀結構，以期望提高PU的力學強度和改善EP的韌性，并探討其作為功能材料的可能性。PU/EP IPN的研究為制備高性能的聚氨酯復合材料開拓了有效的途徑[11]。施利毅等[12]將PU預聚體同EP進行接枝反應，采用同步法制備graft-IPNs。研究材料動態力學性能以及接枝結構、PU預聚體含量對材料拉伸強度的影響，研究材料應力-應變行為。蔡冬梅[13]用E220環氧樹脂-聚氨酯互穿聚合物網絡(IPN)為基料研制的防腐蝕涂料，經過性能測試表明，該防腐蝕涂料既有環氧樹脂良好的耐堿性和粘附力，又賦予涂層致密性，適用于各種設備和設施的防腐蝕涂裝。鐘發春等[14]研究了以聚氨酯(PU)為第一網絡的三元IPN聚氨酯/環氧樹酯/聚丙二醇二丙烯酸酯(IPN PU/EP/PPGDA)彈性體的互穿特性和形態結構，結果表明，各元素在三元IPN表面和內部分布是不均勻的，這種差異與IPN組成、組成聚合物間的相容性以及形態結構有密切聯系。

2·聚氨酯/環氧樹脂復合材料的應用

2.1涂料

金屬腐蝕導致的損失十分嚴重，特別是鋼鐵的防腐蝕日益引起國內外關注。而涂覆防銹涂料是防止鋼鐵腐蝕的主要方法之一。水性涂料因其能夠有效地克服溶劑型涂料價格高、污染大的缺點，逐漸成為涂料的主要發展方向[15]。

文秀芳等[16]用環氧樹脂作為大分子擴鏈劑，充分利用環氧樹脂的環氧基和羥基參與反應,合成涂膜性能優異的防腐涂料用水性聚氨酯樹脂。用所得的環氧改性聚氨酯乳液配制地板清漆氣味小，漆膜光澤好，有一定彈性，一天后實干，使用效果良好。吳校彬等[17]采用環氧樹脂和丙烯酸酯兩種物質對WPU進行改性研究，以期得到乳液及涂膜性能優異的防腐涂料用水性聚氨酯-環氧樹脂-丙烯酸酯(WPUEA)復合分散液。吳校彬等[18]采用環氧樹脂作改性劑，利用環氧樹脂的羥基、環氧基參與反應，合成了防水涂料用單組分低VOC聚氨酯樹脂。環氧樹脂分子與聚氨酯鏈發生交聯反應，生成網狀結構或形成半互穿網絡結構，改善了聚氨酯鏈中硬段與軟段的相容性，從而提高了膜的耐熱性。NCO基相對于OH過量，總摩爾比越大，相對過量的NCO基就越多，使樹脂在濕固化過程中與水作用生成的脲鍵增多，交聯結構也增多，從而提高了大分子間的相互作用力，使涂膜的拉伸強度及硬度增大，斷裂伸長率減小。脲鍵是憎水性的，脲鍵增多，吸水率降低。因此，提高NCO/OH總摩爾，也有利于提高涂膜的耐水性。氫鍵化行為和網狀半互穿結構是PUE涂膜具有良好的力學性能和耐熱性能的原因之一。

陽極電泳涂料主要應用于鋁材的涂裝，鋁材經陽極電泳涂料處理后能提高抗堿性能，這是其它表面處理法所達不到的。李金艷等利用逐步聚合反應合成了一種熱固化型聚氨酯嵌段環氧陽極電泳樹脂。采用嵌段共聚的方法在聚氨酯主鏈上引入環氧樹脂可提高漆膜的硬度、厚度及耐腐蝕能力等，本研究利用逐步聚合反應合成了一種熱固化型聚氨酯嵌段環氧陽極電泳樹脂。對制備和烘烤工藝進行了優化,聚氨酯電泳漆膜的性能得到明顯改善。當E-12嵌段反應進入聚氨酯的分子主鏈后，聚氨酯分子鏈的柔順性降低，分子主鏈存在較多的羥基，經高溫烘烤后，分子間形成交聯網狀結構，提高了漆膜的強度、模量及耐化學腐蝕能力。

2.2膠粘劑

環氧樹脂是一種非常好的膠粘劑基材，但它有固化產物變形性差，脆性大，剝離強度低，耐熱性差，高溫易降解的缺點，改性增韌方法很多，各有缺陷。而聚氨酯具有高彈性、高粘接力的優點，若與前者結合，可以性能互補，制造出性能理想的膠粘劑。鄧艷文等[20]采用環氧，充分利用環氧的經基和環氧基參與反應，同時添加內交聯劑增強交聯程度，從而合成性能優異的改性乳液。利用環氧和TMP共同交聯改性，制得性能優良的穩定水性PU分散體，隨著環氧E44和TMP的增加，膠膜的力學性能增強，耐水性增大;隨著DMPA量的增加，膠膜的力學性能增大。凌愛蓮等[21]研制了交聯接枝改性的無溶劑型聚氨酯-環氧半結構膠粘劑。

謝偉等[22]采用E-51環氧樹脂，充分利用環氧中的羥基和環氧基共同參與反應的機理，提高內交聯程度，從而合成性能優異的改性水性聚氨酯乳液，其涂膜力學性能均得到提高。李莉等[23]采用端異氰酸酯基聚氨酯預聚體與雙酚A型環氧樹脂E-44共聚復合，研究不同分子量以及不同用量聚氨酯對復合體系粘接性能的影響，并從微觀上探索了產生這些規律的原因。本文研制的產品經工廠試用效果良好，證明在制鞋、汽車等行業有很好的應用前景。郭俊杰等[24]利用環氧樹脂改性水性聚氨酯膠粘劑，改性后的膠粘劑對多種復合薄膜具有較強的粘接性。改性后的膠粘劑對多種復合薄膜表現出較強的粘接性能，剝離強度進一步提高，外觀貯存穩定性良好，固含量降低后仍然具有較強的粘接性能。

2.3其他

2.3.1堵水劑

目前，我國油田普退采用注水開發方式，地層非均質性嚴重，油藏地質復雜，在開發中后期含水上升速度加快，油井生產平均含水已達到80%以上。為了控制含水上升速度，實現“穩油控水”，需要對油井的高含水層進行封堵。有些竄槽井或為了滿足測試要求以及堵后不影響其它作業的井，必須采用化學堵水工藝。利用多異氰酸酯、聚醚和環氧樹脂預聚合后。其過量的異氰酸酯能與水反應形成固結體的性能，可以達到堵水目的。

高大維等[25]研究開發一種新型雙液復合型聚合物油井堵水劑。它兼有聚氨酯膠和環氧樹脂膠的優點。該堵水劑具有原料來源廣、生產工藝簡便、成本較低，封堵效率高、用量少，加之所用堵水劑固化后對環境無污染，施工需用設備少，安全可靠，可施工期較長等優點。因此，完全滿足了大慶油田不高于50℃油井的封堵工藝要求，取得良好的經濟效益和社會效益。

2.3.2漿材

混凝土(或鋼筋混凝土)是非均質脆性材料，易產生裂縫。灌漿是混凝土裂縫內部補強最重要的方法，通過灌漿，旨在恢復結構的整體性和設計應用狀態。聚氨酯漿材(指非水溶性)易于擴散，可灌性好，與混凝土及各種材料有較強的粘接力，固結體的彈性好，抗沖擊強度高。

耿同謀等[26]將聚氨酯接枝到環氧樹脂分子上，制成了一種新的灌漿材料—聚氨酯環氧漿材。該漿材既克服了聚氨酯漿材無活性稀釋劑、強度低的缺點，又克服了環氧漿材脆性大的缺點。采用本體同步聚合制備了聚氨酯環氧樹脂，該樹脂既保持了環氧結構，又引入了柔性的聚醚側鏈，使漿材的伸長率有較大的改善。環氧樹脂的分子鏈上含有活潑的仲羥基，它與聚醚多元醇的羥基通過多異氰酸酯分子上的異氰酸酯基發生接枝反應形成聚氨酯環氧樹脂。聚氨酯環氧樹脂分子中含有聚醚分子鏈，改變了環氧樹脂固結體的脆性;由于聚氨酯環氧分子中不含有活潑的異氰酸酯基團而含有環氧環，故漿液的穩定性好，并可用改性胺進行固化。

3·小結與展望

為了更好的提高水性聚氨酯涂料的綜合性能，擴大應用范圍，近年來，對水性聚氨酯進行改性已成為一大熱點，許多科研工作者進行了深入、全面的研究，改性方法也日新月異。環氧樹脂以其強度高、粘結性能好和熱穩定性優異等特點，得到了科研工作者的青睞。二者的復配方法中，物理共混無疑是一項簡單易行的技術，但是由于相容性等問題存在，技術還未成熟。因此要想聚氨酯/環氧樹脂復配技術得到最佳的研究發展和應用，還要不斷進行探索。