引言

随着我国经济的不断发展，人们对于建筑物的外观、功能等方面的要求日益增长，建筑涂料不但要满足人们对于装饰功能的要求，还要满足建筑物防水、防火、安全等方面的需求。而水性聚氨酯涂料属于一种高分子材料，可凭借自身优异性能广泛应用于建筑领域。但是该材料在合成和使用过程中存在耐水性差、机械强度低等缺陷，将该材料在环氧树脂E － 54 的基础上进行改性，可有效解决该材料的缺陷问题涂料在线。

实验

水性聚氨酯建筑涂料的改性方式

由于水性聚氨酯乳液存在单一性，且在性能上存在一定缺陷，将该乳液直接应用于建筑领域中，不利于建筑物的稳定构建。在水性聚氨酯乳液原有材料的基础上进行改性，可有效解决水性聚氨酯乳液存在的耐高温性能差、生产成本高等问题。水性聚氨酯涂料的改性工艺主要包括交联改性以及复合改性。

1． 1 交联改性 交联改性工艺的方法主要包括自交联、内交联以及外交联。而水性聚氨酯涂料的涂抹硬度、光泽度、鲜艳性均较低，并且存在耐水性较差等问题。本研究为有效解决水性聚氨酯涂料存在的问题，利用交联改性进行实现。交联改性的实现方法: 将线型聚氨酯形成化学键的形式，并利用交联改性方式将水性聚氨酯交联成网状结构，该方式可从根源上优化水性聚氨酯涂料的力学性能。

1． 2 复合改性 复合改性方法主要包含 5 种，其中，丙烯酸酯的耐水性、耐候性等性能较好，可使水性聚氨酯乳液具有高环保性能。环氧树脂的性能十分优异，可广泛应用于建筑领域，对于水性聚氨酯乳液的耐热、耐水性等具有重要提升作用。有机硅和氟具有良好的耐热性，可通过与水性聚氨酯分子充分结合，形成交联密度较大的共聚物，提升水性聚氨酯乳液的性能。天然植物油主要成分为脂肪酸甘油酯，通过该方式对乳液进行改性，可使乳液具有优良的耐热、耐水性。而纳米粒子改性方式可为水性聚氨酯材料提供紫外屏蔽、导电、耐磨等性能，具有制备出性能更加优异的建筑用涂料的优势。

水性聚氨酯建筑涂料的性能测试

2． 1 实验主要原料 水性聚氨酯建筑涂料性能测试开始之前，首先应准备实验原料，本次测试的实验原料主要包括: 异佛尔酮二异氰酸酯、聚丙二醇、二羟甲基丙酸、阿拉丁试剂、1，4-丁二醇、二正丁胺、二丁基二月桂酸锡、三乙胺、乙二胺、丙酮以及环氧树脂 E-54。

2． 2 水性聚氨酯涂料合成工艺 环氧树脂改性水性聚氨酯的合成工艺流程为:首先对环氧树脂、异佛尔酮二异氰酸酯以及聚丙二醇进行含量的确定，将定量后的材料混合均匀，装入250 mL 的烧瓶内。为保证实验材料可以充分混匀，利用油 浴 加 热 的 方 式，将 混 合 后 的 材 料 加 热 至85 ℃，热量保持时间为 2 h。待实验材料加热时间完毕后，向该材料中加入丙酮，2 h 后再将温度降至75 ℃，由于丙酮对于降低反应体系黏度具有重要作用，将丙酮应用于水性聚氨酯涂料合成过程中，可有效解决实验材料过于黏稠的问题。温度达到规定值后，向烧瓶内加入混合后的 6 滴二丁基二月桂酸锡、1，4-丁二醇以及二羟甲基丙酸，温度保持时间为4 h，最后向该材料中加入丙酮。为得到异氰酸酯基数值，可采用二正丁胺法进行数值计算。将温度调至 50 ℃后，向其中加入三乙胺进行材料中和后，加入去离子水进行搅拌，搅拌时间控制在 0． 5 h，最后向其中加入乙二胺进行减压蒸馏操作，即可得到环氧树脂改性水性聚氨酯。

2． 3 涂膜的制作流程 为得到效果较好的涂膜材料，针对涂膜材料进行制作时，首先应准备聚四氟乙烯板、烘箱。将制成的改性水性聚氨酯乳液均匀涂抹在聚四氟乙烯板上，并放置于室温条件下晾干，直至浅表层处于干燥状态时，将其放入80 ℃的烘箱内进行 3． 0 h 的烘干，即可得到厚度约为 1 mm 的涂膜。

2． 4 改性水性聚氨酯涂料性能测试 性能测试开始之前，首先应对测试环境进行准备: 改性水性聚氨酯乳液热稳定性测试采用 PyrisDiamond 型 热 重 分 析 仪，该 仪 器 的 温 度 在0 ～ 500 ℃，其升温速率高达 10 ℃ /min。为观察改性水性聚氨酯乳液的透亮程度，可采用目测的方式进行外观查看。对涂膜硬度进行测量时可采用GB /T 6739—2006 进 行 测 试; 涂 膜 黏 度 用GB /T 2794—1995 测试。

为验证改性水性聚氨酯乳液的拉伸性能，采用 CNMT6104 型万能拉力试验机按GB /T 1040． 2—2006 测试，测试过程中为保证测量结果的准确性，将实验样本裁剪成 10 mm × 4 mm的哑铃状，并将胶膜厚度测量的次数控制在 3 次。测量完毕后，取 3 次测量结果的平均值，拉伸速度250 mm /min，拉伸力为 5 000 N。

涂膜在实际应用过程中存在一定吸水性，为避免涂膜因吸水性对性能造成影响，对涂膜吸水率进行计算。首先将涂膜材料进行裁剪，大小为 1 cm ×1 cm，该材料的质量记作 m1。裁剪完成的涂膜材料放置于蒸馏水中浸泡 48 h 后取出，此时的质量可记作 m2，其吸水率公式:p = ( ) m2 － m1 [ ] /m1 × 100% ( 1)改性水性聚氨酯乳液内部固体含量计算时，首先应准备洁净的玻璃器皿，并将玻璃器皿放置于110 ℃的真空环境下进行干燥，时间为 1． 0 h，干燥完毕后将其取出冷却并称重，此时玻璃器皿的质量记作 W2 ; 干燥前试验样本质量记作 G。将试验样本放置于冷却后的玻璃器皿中，连同玻璃器皿一同放置于 110 ℃ 的真空环境下进行干燥，时间为 2． 0 h，干燥完毕后将其取出冷却并称重，此时玻璃器皿加试验样本的总质量记作 W1。

为保证性能测试结果的准确性，重复上述操作，若连续两次误差皆小于等于 0． 01 g，其公式:固体含量 = ( ) W1 － W2 /G × 100% ( 2)改性水性聚氨酯乳液稳定性测试时，首先称取10 mL 试验样本，并将该样本放置于离心机上，该离心机的转速为 3 500 r/min，转动时间为 10 min，离心完毕后将其取出，观察该乳液是否产生沉淀，若改性水性聚氨酯乳液没有沉淀产生，可表明该材料的稳定性较好，可保存 6 个月。

结果与讨论

改性水性聚氨酯建筑涂料性能测试的结果分析

3． 1 环氧树酯( E － 54) 加料顺序对改性水性聚氨酯涂料外观的影响 为验证环氧树脂( E － 54) 加料方式对乳液外观的影响，采取 2 种不同方式进行加料:方式 1: 将反应液与环氧树脂( E － 54) 混合后产生反应，再进行中和，加水;方式 2: 在乳液合成过程中，反应液先中和，加水，再与环氧树脂( E － 54) 进行反应后乳化。

不同加料方式对改性水性聚氨酯涂料产生的影响各不相同，加料方式 1 的改性水性聚氨酯乳液在外观上呈透明状、泛蓝光，无分层现象，该状态下的改性水性聚氨酯乳液固体质量分数为 47． 69%，并且该材料具有较强的稳定性，无沉淀发生。而加料方式2 的改性水性聚氨酯乳液在外观上呈半透明状态，存在少许浑浊、沉淀现象，该状态下的改性水性聚氨酯乳液固体质量分数为 44． 54%，稳定性较差。因此，本研究采用方式 1 改性水性聚氨酯涂料的制备。

3． 2 环氧树酯( E － 54) 含量对改性水性聚氨酯涂料性能的影响 环氧树脂( E － 54) 的质量分数对于乳液性能的影响较大，随着环氧树脂( E － 54) 质量分数的持续增加，可使乳液的硬度不断增大。对改性水性聚氨酯乳液的外观、性能等方面进行观察时发现，乳液黏度先增长后下降，外观由最初的透明泛蓝光转变为乳白色泛蓝光，稳定性逐渐降低，且出现少许沉淀现象。引起改性水性聚氨酯乳液外观、性能出现变化的主要原因是由于体系中添加了环氧树脂，使改性水性聚氨酯乳液出现部分交联现象，从而提升乳液的黏度。

但是当环氧树脂( E － 54) 质量分数大于6% 的情况下，保持原有的剪切速率对改性水性聚氨酯乳液进行乳化，可使乳液的黏度降低，稳定性不断下降。引起该现象发生的根本原因: 聚氨酯内部预聚体的黏度较高，乳液粒径较大，对于乳胶粒表面的电凝滞效应具有降低作用，使乳液的外观等方面出现不同程度的变化。而体系中添加的环氧树脂( E － 54) 具有交联结构，可使乳液的分子相互结合，形成更加密集的分子排列，对涂抹硬度提高具有重要作用。

3． 3 环氧树酯( E － 54) 含量对涂膜吸水率的影响 通常情况下，可将水性聚氨酯的作用分为 2 种:水进入分子间起增塑剂作用，通过水解发生化学反应，前者具有可逆性; 而后者一旦出现，结果无法改变。环氧树脂( E － 54) 质量分数对涂膜吸水率的影响，如图 1 所示。

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