環氧樹脂是一類具有良好粘接性、耐腐蝕、絕緣、高強度的熱固性高分子合成材料[1]，但其韌性差、質脆、易開裂、沖擊強度低[2]，因此有必要對其改性以增加韌性。聚氨酯粘結強度大，柔韌性好，機械強度高[3]，它與環氧樹脂可形成互穿聚合物網絡(IPN)。IPN結構的強迫互容與協同效應使聚氨酯的高彈性與環氧樹脂良好的粘接性有機結合在一起，能取得良好的增韌效果[4-5]?，F用自制的聚氨酯改性環氧樹脂，檢測其對涂料力學性能和微觀強度的影響，旨在獲得強度高、附著力大、耐水性好、耐化學穩定性強的涂料。
    1·實驗部分
    1.1主要原料
    甲苯二異氰酸酯(TDI)，武漢市北化學試劑廠;聚乙二醇，沈陽齊德盛商貿有限公司;環氧樹脂(E-44)，沈陽試劑二廠;N，N-二甲基芐胺，沈陽試劑二廠;二月桂酸二丁基錫，天津市瑞金特化學品有限公司;碳酸鈣，沈陽優特克粉體科技有限公司;鄰苯二甲酸二辛酯，沈陽華特化學有限公司;流平劑，沈陽漢唐化學有限公司。
    1.2主要儀器與設備
    數顯恒溫水浴鍋，HH-4型，常州國華電器廠;掃描電子顯微鏡，SSX-550型，日本島津制作所;傅里葉紅外光譜，FT2000型，美國尼高力公司;拉伸試驗，XLD-1KN型，承德試驗機有限責任公司;沖擊試驗機，XJJ-50型，長春試驗機廠。
    1.3聚氨酯預聚體的制備
    在三口燒瓶中加入一定量的聚乙二醇，抽真空加熱至110℃脫水4～5h，冷卻后按比例(NCO∶OH=2∶1，質量比)加入TDI和二月桂酸二丁基錫，在一定溫度下不斷地攪拌，反應一段時間后，即得端-NCO基聚氨酯預聚物。
    1.4涂料的制備
    將一定量的環氧樹脂裝入三口燒瓶中，先加入一定量的聚氨酯預聚體，不斷攪拌，控制反應時間和溫度。然后按順序加入流平劑、碳酸鈣和固化劑，均勻攪拌制得改性涂料。配方見表1。
               
    2·結果與討論
    2.1正交設計實驗
    水平因素見表2。
        
    2.2正交實驗結果
    由表3可知，通過正交實驗的極差分析，各因素對涂料的平均沖擊強度和平均拉伸強度的影響順序分別是：A>D>B>C，C>D>A>B。通過這兩種性能得出的最佳方案分別是：A2B2C2D2，A2B1C2D2.。綜合考慮它們的影響，選定聚氨酯改性環氧樹脂涂料的最佳方案為A2B2C2D2。即聚氨酯含量15%，固化劑含量15%，反應時間60min，反應溫度70℃。
       
    2.3聚氨酯的加入量對涂料力學性能的影響
    如圖1、圖2所示，在一定范圍內，隨著聚氨酯加入量的增加，涂料的拉伸強度和沖擊強度都逐漸增大。但聚氨酯加入量超過15%后，拉伸強度和沖擊強度急劇下降，原因可能是繼續增加聚氨酯的含量，復合體系中聚醚比例增大，由于聚醚與環氧樹脂的相容性較差，使得聚氨酯與環氧樹脂的相容性也變差，導致了聚氨酯/環氧樹脂聚合物力學性能的下降。
                
    2.4紅外光譜分析
    由圖3可以看出，-NH的吸收振動峰在3400cm-1左右處，2962.84cm-1的峰值表示C-H吸收振動峰，2345.85cm-1處的峰值表示-NCO存在，1719.24cm-1處的峰為-C=O的伸縮振動峰，1098.02cm-1處有醚鍵C-O-C伸縮振動的強吸收譜帶，說明-NCO與-OH確實反應生成了新的-NHCOO-基團(端-NCO基聚氨酯預聚物);816.24cm-1處出現的強吸收峰為環氧基的特征峰，說明聚氨酯與環氧樹脂已經發生反應。
        
    2.5掃描電鏡分析
    圖4中(a)、(b)、(c)、(d)4幅圖依次是聚氨酯加入量為0%、10%、15%、20%的聚氨酯/環氧樹脂涂料試樣的沖擊斷口形貌(放大倍數(a)為2000倍;(b)、(c)、(d)均為1000倍)。由圖4(a)可以看出，未改性環氧樹脂涂料受到沖擊時，斷面較為平滑，斷裂口尖銳，說明其沖擊韌性較差，呈典型的脆性斷裂特征。由圖4(b)，(c)，(d)可知，改性后的環氧樹脂涂料的沖擊斷面呈現明顯的貝殼紋理，并產生許多根須狀分枝，且斷裂條紋趨向分散，這是試樣發生剪切屈服所致，表現出比較明顯的韌性斷裂特征。因此，可以看出聚氨酯/環氧樹脂涂料的韌性與未改性的環氧樹脂涂料相比，有明顯的提高。原因是聚氨酯與環氧樹脂形成互穿網絡結構，改性后的環氧樹脂涂料體系中交聯點增多，受到外力時有利于應力分散，要想破壞這種結構就需要更大的應力或能量。
                    
    2.6涂料的主要性能指標
    涂料的主要性能指標表見表4。
      
                                   圖4涂料的主要性能指標
    3·結論
    (1)聚氨酯改性環氧樹脂涂料的最佳制備條件是：聚氨酯加入量15%，固化劑加入量15%，反應時間60min，反應溫度70℃。
    (2)-NCO與-OH反應生成了-NHCOO-基團，并且該基團和環氧樹脂發生了反應。
    (3)未改性環氧樹脂涂料的沖擊斷面呈典型的脆性斷裂特征，而聚氨酯/環氧樹脂的沖擊斷面呈明顯的韌性斷裂特征，表明改性的EP涂料韌性得到提高。
    (4)制備的改性涂料沖擊強度和拉伸強度都大幅度地提高，并且其附著力大、耐水性好、耐化學穩定性強。