水性聚氨酯塗料的改性

　　水性聚氨酯(WPU)塗料是一(yī)類可以在水中(zhōng)分散溶脹的聚合物，因其中(zhōng)的揮發性有機物的含量低(dī)，在工(gōng)業(yè)水性漆、建築塗料、水性膠黏劑等領域有很(hěn)大的發展和應用空間。

　　水性聚氨酯塗料具有無毒、無味、不(bù)污染環境、安全環保的特點，正在逐步取代傳統的溶劑型塗料，特别是水性雙組分聚氨酯塗料，由于具有較高的交聯密度，其性能可與溶劑型塗料相(xiàng)媲美(měi)，已經引起了人(rén)們極大的興趣。但其耐水性及耐溶劑性較差，固含量低(dī)，光(guāng)澤性較低(dī)，配制(zhì)實用的塗料時還必須加入其它助劑來改善其性能和塗膜的外觀。對水性塗料進行改性，使其擁有更好的性能，從而擴大應用範圍，是研究者們一(yī)直以來研究的一(yī)個(gè)重要的方向。

　　1、有機矽對聚氨酯塗料進行改性

　　水性聚氨酯具有耐候性，耐磨擦，耐低(dī)溫，耐有機溶劑、耐酸堿的特性，但在表面光(guāng)滑性方面存在一(yī)定的缺陷。在施工(gōng)與應用性能方面也(yě)不(bù)盡如人(rén)意，如雙組分水性聚氨酯塗料幹燥速度慢(màn);與水反應産生(shēng)的二氧化(huà)(huà)碳氣泡殘留在塗膜內(nèi);成本高;體(tǐ)系表面張力大引起對基材和顔料潤濕性差。通過共聚将有機矽與聚氨酯兩者的優異性能結合起來，是改善有機矽材料和聚氨酯材料的一(yī)種有效途徑。有機矽-聚氨酯共聚物既克服了有機矽機械性能差的缺點，也(yě)彌補了聚氨酯耐候性差的不(bù)足，是一(yī)種很(hěn)有發展前景的高分子材料。安徽大學蔣蓓蓓等人(rén)[6]以聚醚、二羟甲基丙酸(DMPA)、異佛爾酮二異氰酸酯(IPDI)為主要原料，采用了自(zì)乳化(huà)(huà)法合成了水性聚氨酯乳液，并使用一(yī)種三官能度烷烴基聚醚型有機矽為主要原料，制(zhì)備出少(shǎo)量交聯的、耐水性優異的嵌段型水性有機矽聚氨酯。研究結果表明(míng)，改性後的材料耐水性增強，拉伸強度提高。用于紡織品具有良好的透濕性、柔軟性、耐濕擦性，具有良好的粘附力。此種改性材料可用在汽車(chē)的座椅靠背上及座椅填充物上，具有良好的性能。侯夢華、劉偉區等人(rén)[7]采用側鍊氨基矽油(AEAPS)和直鍊氨基矽油(ATPS)通過合成和擴鍊兩種不(bù)同的方法，制(zhì)得(de)了不(bù)同含量有機矽改性的水性聚氨酯塗料。從實驗結果可以看(kàn)出，經過氨基矽油改性的聚氨酯的吸水率明(míng)顯低(dī)于未經改性的聚氨酯塗膜的吸水率，側鍊氨基矽油改性的聚氨酯塗膜的疏水性明(míng)顯好于直鍊氨基矽油改性的聚氨酯塗膜的疏水性，側鍊氨基矽油改性過的聚氨酯塗膜的耐水性也(yě)比直鍊氨基矽油改性的聚氨酯塗膜的耐水性好。

　　2、環氧樹(shù)脂對水性聚氨酯塗料的改性

　　環氧樹(shù)脂(EP)材料具有高模量、高強度和耐化(huà)(huà)學性好等優點。由于環氧樹(shù)脂含有活潑的環氧基團，可直接參與水性聚氨酯的合成反應。常見(jiàn)環氧部分改性的水性聚氨酯是将環氧樹(shù)脂與聚氨酯反應後部分形成網狀結構，以提高水性聚氨酯塗膜的機械性能，及耐熱(rè)、耐水耐溶劑等綜合性能。北京化(huà)(huà)工(gōng)大學高雙之等人(rén)[8]利用環氧樹(shù)脂出色的粘結能力、高模量、高強度、優良的附著(zhe)力、低(dī)收縮力、耐化(huà)(huà)學性好等優點，合成了環氧樹(shù)脂(E-44)改性的水性聚氨酯。結果表明(míng)：與改性前的聚氨酯相(xiàng)比較，塗膜的耐水性、硬度及塗膜力學性能得(de)到顯著提高。Melvin G R等[9]采用基于羟烷基矽氧烷的矽醇改性法，用聚矽氧烷二醇乳液作為擴鍊劑，與水性聚氨酯乳液混合後塗到紙(zhǐ)上表現出可打印性且可脫離(lí)。分析結果顯示，富集于乳液表面的活性矽氧烷基團在一(yī)定條件(jiàn)下(xià)水解形成矽醇，矽醇與聚合物內(nèi)部或表面的活性基團縮合形成立體(tǐ)網絡(Si-O-Si)交聯結構，化(huà)(huà)學交聯點增加，交聯密度增加，對乳液塗膜表層的緻密度有增強的作用，并最終提高塗膜的機械性能。

　　環氧樹(shù)脂改性聚氨酯的研究較多，已在實際中(zhōng)得(de)到應用，主要用于汽車(chē)工(gōng)業(yè)，塗料、阻尼材料等。

　　3、聚氨酯-丙烯酸酯複合塗層改性

　　丙烯酸酯乳液屬于熱(rè)塑性樹(shù)脂，其成膜溫度高、低(dī)溫塗膜較脆、成膜初期的抗粘性差，不(bù)适合制(zhì)造高品質塗料。因而如何使玻璃化(huà)(huà)溫度高的丙烯酸酯乳液低(dī)溫成膜，成為提高丙烯酸酯乳業(yè)品質的一(yī)個(gè)重要方向。

　　通過采用PU和PA制(zhì)成PUA複合乳液，其性能優于單一(yī)的PU和PA的共混物，其塗膜的耐候性能、耐溶劑性能、綜合機械性能及外觀都(dōu)有較大改善，且成本低(dī)、無公害、易處理，用作膠粘劑及塗料有著(zhe)很(hěn)好的發展前途。目前，水性聚氨酯丙烯酸共聚物的商業(yè)應用主要在地(dì)(dì)闆塗料方面。另外，此種水性聚氨酯塗料還可以用于汽車(chē)修補漆，90%汽車(chē)修補漆是由雙組份脂肪族二異氰酸酯與丙烯酸樹(shù)脂組成的塗料。

　　李樹(shù)材，方平豔認為，聚氨酯組分主要賦予塗膜的附著(zhe)力，光(guāng)澤度則由聚丙烯酸酯提供。

　　浙江大學戴晶濱等人(rén)采用反應活性溫和的異佛爾酮二異氰酸酯(PDI)和二醇進行聚合制(zhì)備水性聚氨酯，再用丙烯酸酯改性，得(de)到了PUA複合乳液，結果發現，使用水溶性引發劑KPS的轉化(huà)(huà)率要高于使用油溶性引發劑AIBN，而且水溶性引發劑有利于水性聚氨酯形成分散體(tǐ)。

　　此外丙烯酸酯聚氨酯塗層廣泛用于高檔轎車(chē)的罩光(guāng)清漆層，近年來市(shì)場對其耐傷性、耐摩擦性、耐候性等性能要求不(bù)斷提高。複旦大學的陳國(guó)棟等人(rén)用丙烯酸單體(tǐ)、四乙氧基矽烷(TEOS)和矽烷偶聯劑(SCA)做(zuò)前驅體(tǐ)，通過溶膠-凝膠法制(zhì)備出高耐刮傷性的丙烯酸酯聚氨酯/二氧化(huà)(huà)矽納米複合塗層。改性後的塗層其機械性能，尤其是耐磨性和耐刮傷性顯著提高，他(tā)(tā)們開(kāi)發的耐刮傷性丙烯酸聚氨酯/二氧化(huà)(huà)矽複合塗層不(bù)但可以用于轎車(chē)罩光(guāng)塗層，也(yě)可用于高檔大巴車(chē)、摩托車(chē)或家具等表面的罩光(guāng)。

　　與此同時将有機矽和聚丙烯酸酯結合起來對聚氨酯改性，制(zhì)備的塗料綜合了三者的性能。張曉鐳等[14]有機矽丙烯酸水性聚氨酯聚合物綜合了有丙烯酸-聚氨酯-有機矽3種高分子化(huà)(huà)合物的優點，用在皮革塗飾劑中(zhōng)，克服了熱(rè)粘冷脆的問(wèn)題。有效解決了水性聚氨酯不(bù)耐濕擦的缺點。北京化(huà)(huà)工(gōng)大學的熊軍等人(rén)合成了具有UV聚合能力的不(bù)同結構的有機矽聚氨酯丙烯酸酯預聚物，研究了結構與性能的內(nèi)在聯系和規律。研究結果表明(míng)，三者所形成的固化(huà)(huà)膜具有優良的韌性，為1mm級;熱(rè)穩定性好，在300℃時失重僅為4.61%(國(guó)外樹(shù)脂OAK27和OAK12分别為7.61%和25.79%);具有較高的拉伸強度和伸長(cháng)率，分别能達到14.41MPa和61.04%;較好的耐化(huà)(huà)學藥品性和耐水性;玻璃化(huà)(huà)轉變溫度在50℃到80℃之間。