綠色涂料水性聚氨酯漆的研究

摘 要 該文綜述了水性聚氨酯漆的發(fā)展歷史和特性，闡明了發(fā)展水性聚氨酯漆的價(jià)值和意義。并且對(duì)近幾年國(guó)內(nèi)外水性聚氨酯漆丙酮法、預(yù)聚體混合法、熔融分散縮聚法、酮亞胺/酮聯(lián)氮法、保護(hù)端基乳化法進(jìn)行了綜合說(shuō)明。另外對(duì)水性聚氨酯漆所存在的問(wèn)題進(jìn)行了總結(jié)，并闡述了環(huán)氧樹(shù)脂、有機(jī)硅氧烷、丙烯酸酯類及含乙烯基的單體等對(duì)水性聚氨酯漆進(jìn)行改性。最后對(duì)水性聚氨酯漆進(jìn)行了展望并闡述拉在汽車上、在木器家具上和皮革涂飾的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞 水性聚氨酯 合成 改性 應(yīng)用

一、環(huán)保與水性涂料

雖著涂料工業(yè)的發(fā)展，涂料的花色、品種、功能越來(lái)越多，分工也越來(lái)越細(xì)，但在涂料的制造和施工過(guò)程中因有機(jī)溶劑的大量排放而對(duì)環(huán)境造成巨大的污染。為限制有機(jī)溶劑的排放，涂料的固體化、無(wú)溶劑化、水性化已呈發(fā)展趨勢(shì)，業(yè)內(nèi)人士廣泛贊同的“4E”涂料（Economy，Efficiency，Ecology，Energy）即指上述涂料。其中，涂料的水性化是近年來(lái)發(fā)展十分迅速的一個(gè)領(lǐng)域，已有不少成熟的產(chǎn)品和技術(shù)在廣泛使用。

1、水性涂料存在的問(wèn)題

水性涂料的優(yōu)點(diǎn)是顯而易見(jiàn)的，但也存在著一些問(wèn)題。與有機(jī)溶劑相比，水的蒸發(fā)熱較高，這就要求用其他手段來(lái)幫助水的蒸發(fā)。對(duì)于低溫和高濕這兩種特殊情況，水的蒸發(fā)就更慢了，因此干燥時(shí)間長(zhǎng)，而助溶劑的加入則更使其雪上加霜。由于助溶劑在幫助成膜和提高涂膜性能方面是相當(dāng)多的水性涂料不可缺少的組分，故除去助溶劑并不是一件容易的事情。

2、水性聚氨酯涂料的發(fā)展現(xiàn)狀

聚氨酯是氨基甲酸酯樹(shù)脂的簡(jiǎn)稱，其分子中含有特征單元結(jié)構(gòu)氨基甲酸酯（-NH-CO-）。聚氨酯應(yīng)用十分廣泛，作為涂料具有良好的耐磨性、耐腐蝕性、耐化學(xué)品性、硬度大、高彈性等優(yōu)點(diǎn)。

3、水性聚氨酯涂料的合成

水性聚氨酷的制備方法通?？煞譃橥馊榛ê蛢?nèi)乳化法兩種.外乳化法是指采用外加乳化劑，在強(qiáng)剪切力作用下強(qiáng)制性地將聚氨酯粒子分散于水中的方法，但因該法存在乳化劑用量大、反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)以及乳液顆粒粗、最終得到的產(chǎn)品質(zhì)量差、膠層物理機(jī)械性能不好等缺點(diǎn)，因而目前生產(chǎn)基本不用該法。內(nèi)乳化法又稱自乳化法，是指在聚氨酯分子結(jié)構(gòu)中引人親水基團(tuán)無(wú)需乳化劑即可使自身分散成乳液的方法，因此成為目前水性聚氨酷生產(chǎn)和研究采用的主要方法.內(nèi)乳化法又可分為丙酮法、預(yù)聚體混合法、熔融分散法、酮亞胺/酮聯(lián)氮法、保護(hù)端基乳化法。

二、水性聚氨酯涂料的改性

1、丙烯酸酯類及含乙烯基的單體改性

丙烯酸酯類化合物（簡(jiǎn)稱PA）及含乙烯基的單體對(duì)水性聚氨酯的改性可分為物理改性和化學(xué)改性。物理改性主要是將丙烯酸酯類或乙烯基酯類乳液和水性聚氨酯乳液進(jìn)行物理共混，以提高水性聚氨酯材料的物理機(jī)械性能。采用此種方法要求改性所用的丙烯酸乳液的離子穩(wěn)定性及對(duì)溶劑的親和性好，否則可能會(huì)發(fā)生破乳?；瘜W(xué)改性是將PA 加入PU 乳液中，再通過(guò)引發(fā)劑進(jìn)行自由基聚合而制得的復(fù)合乳液（PUA）。復(fù)合乳液中的核3殼結(jié)構(gòu)為一種較特殊的結(jié)構(gòu)，其形成機(jī)理是PU親水性離子基團(tuán)分布在PU 微膠粒表面，使PU不但形成一種高穩(wěn)定性、高分散性的膠體體系，而且具有很好的親水性能。當(dāng)發(fā)生聚合時(shí)，由于含極性基團(tuán)的PU大分子對(duì)水和乳化劑的親和性使含極性基團(tuán)的PU 大分子始終朝向水和乳化劑的一方，即朝外，表面富集離子基團(tuán)的PU 微粒因此由內(nèi)向外遷移；PA具有一定的疏水性，其微粒剛好呈反方向由外向內(nèi)溶脹到PU微粒內(nèi)發(fā)生聚合，因此形成以PU 為殼、PA 為核的核-殼結(jié)構(gòu)的乳膠粒。如果親水性基團(tuán)連接PA 基團(tuán)上，則形成以PU為核、PA為殼的核殼結(jié)構(gòu)。

2、環(huán)氧樹(shù)脂改性

環(huán)氧樹(shù)脂（EP）材料具有高模量、高強(qiáng)度和耐化學(xué)性好等優(yōu)點(diǎn)，由于環(huán)氧樹(shù)脂含有活潑的環(huán)氧基團(tuán)，可直接參與水性聚氨酯的合成反應(yīng)。常見(jiàn)環(huán)氧改性的水性聚氨酯是將環(huán)氧樹(shù)脂與聚氨酯反應(yīng)后部分形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，以提高水性聚氨酯涂膜的機(jī)械性能及耐熱性、耐水性和耐溶劑性等綜合性能。

3、有機(jī)硅氧烷改性

有機(jī)硅樹(shù)脂表面能較低，具有耐高溫、耐水性、耐候性及透氣性好等優(yōu)點(diǎn)，已廣泛用于聚氨酯材料的改性。近年來(lái)有許多關(guān)于用聚硅氧烷改性聚氨酯制取低表面能材料的報(bào)道。采用有機(jī)硅氧烷改性方法通常有2種，其一用含羥基或胺基的硅氧烷樹(shù)脂改性，其二是用帶乙烯基的硅氧烷單體進(jìn)行改性。

4、多元改性的方法

除了上面3種經(jīng)常使用的改性方法外，還有采用多元改性的方法，schipper 等開(kāi)發(fā)的聚氨酯“丙烯酸酯”醇酸樹(shù)脂三元共聚物為基體的改性的水性聚氨酯涂料兼具三種樹(shù)脂的優(yōu)勢(shì)，具有很好的戶外耐光性，流動(dòng)性以及耐刮傷性能。Li Y L 等的研究表明，隨著聚硅氧烷含量的增加，材料的表面能降低的同時(shí)，相分離的程度也逐漸加劇，使得材料力學(xué)性能大大下降。李永清等以TDI聚醚二元醇為主要原料制得NCO封端的預(yù)聚體，并按一定比例引入環(huán)氧樹(shù)脂，氨丙基聚硅氧烷，多元胺固化劑，混合均勻。由于聚硅氧烷（ 聚氨酯鏈與環(huán)氧樹(shù)脂交聯(lián)鏈纏結(jié)互穿，起到強(qiáng)迫互容的作用，從而降低了相分離的程度，于是得到一種新的PDMS＼PU＼EP 互穿聚合物網(wǎng)絡(luò)（IPN ），制得的聚硅氧\"聚氨酯\"環(huán)氧三元共聚物具有很好的拉伸強(qiáng)度、疏水性能以及較低的表面張力。張曉鐳等采用丙烯酸樹(shù)脂（PA或PAr）、有機(jī)硅對(duì)水性聚氨酯進(jìn)行改性，合成了一種有機(jī)硅丙烯酸酯聚氨酯聚合物。對(duì)各種合成條件，如反應(yīng)溫度、NCO＼OH 比值、引發(fā)劑濃度、-COOH 用量、有機(jī)硅用量等因素對(duì)反應(yīng)的影響進(jìn)行了分析。

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作者簡(jiǎn)介：李娜，性別女，民族漢