改性水性聚氨酯乳液的研究

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1、·改性水性聚氨酯技术进展趋势及前景··聚氨酯材料具有良好的物理机械性能、优异的耐候性、弹性及软硬度随温度变化不大等优点。在许多领域都得到了广泛的应用。随着环保法律法规的健全和人们环保意识的加强，聚氨酯材料的水性化日益受到重视，水性聚氨酯的研究与开发具有重要的应用价值。为了更好的提高水性聚氨酯的综合性能，扩大应用范围，近年来改性水性聚氨酯研究已成为一大热点，许多研究学者进行了深入的研究，改性方法也日新月异。目前，改性方法大致可分为4种：(1)改进单体和合成工艺；(2)添加助剂；(3)实施交联；(4)优化复合

2、。其中以优化复合最为引人注目。根据改性剂不同，水性聚氨酯乳液的改性主要有：环氧树脂改性、聚硅氧烷改性、丙烯酸改性、纳米材料复合改性等。   1、环氧树脂改性水性聚氨酯   1.1环氧树脂的特点   环氧树脂(EP)具有许多优良的性能，如易固化、机械强度高、粘附力强、成型收缩率低、化学稳定性好、电绝缘性好、成本低，还具备高模量、高强度和热稳定性好等特点，早已成为应用广泛的热固性塑料，在机械、电子、涂料等领域发挥着日益重要的作用。但是，环氧树脂也存在一些突出缺点，如韧性差，抗冲击强度低，固化后质脆，从而限制了

3、其在某些领域内的应用。环氧树脂具有仲羟基和环氧基，可以和异氰酸酯反应。经环氧树脂改性的水性聚氨酯其力学性能、粘接强度、耐水、耐溶剂等性能都会得到提高。   1.2环氧改性水性聚氨酯制备方法   环氧改性水性聚氨酯的制备方式主要有2种：即机械共混法和共聚法。共混法一般是先合成聚氨酯预聚体，再将适量的环氧树脂均匀分散在预聚体中，然后对混有环氧树脂的预聚体进行乳化，最终得到环氧树脂改性的水性聚氨酯乳液。机械共混法制得的环氧树脂改性水性聚氨酯乳液中，环氧树脂与聚氨酯之间没有化学键的结合，环氧树脂不具亲水性，而聚氨

4、酯链中的羧基及聚醚链段对水具有亲和性，当两者在水中乳化时，环氧树脂被包覆在聚氨酯链中，有可能会形成一定的核-壳结构。共聚法主要是利用环氧树脂链两端的环氧基优先与聚氨酯预聚体进行共聚反应，其次是环氧树脂分子上的羟基参与其反应制成预聚体，再乳化于水。另外存在氨基甲酸酯基与环氧基发生开环反应，此方法为交联反应。   环氧树脂的加料工艺方式主要有3种：其一，环氧树脂与聚醚多元醇在反应初期加入到反应器；其二，环氧树脂与小分于扩链剂在反应中期一起加入到反应器；其三，环氧树脂与亲水扩链剂在反应后期一起加入到反应器中。 

5、  1.3环氧改性水性聚氨酯的应用及研究进展   环氧改性水性聚氨酯在胶粘剂、涂料上已有应用报道。郭俊杰等合成了用于粘接复合薄膜的环氧树脂改性水性聚氨酯胶粘剂，改性后的胶粘剂对多种复合薄膜都表现出较强的粘接性能，剥离强度进一步提高，外观、贮存稳定性良好，且在固体质量分数下降为30%后仍然具有较强的粘接性能。安徽大学曾通过环氧树脂与聚氨酯的接枝反应，合成了环氧改性聚氨酯乳液，用所得的乳液配制地板清漆气味小，漆膜光泽好，有一定的弹性，1天后实干，使用效果良好。   姜守霞等研究了环氧树脂在水性聚氨酯乳液中含量

6、对性能的影响，研究发现加入环氧树脂后，产品的耐水性有明显的提高，随着环氧树脂含量的增加，硬度也增加，粘度呈上升趋势。   罗建光等发现：共聚法比机械共混法难于得到稳定的乳液。其原因可能是共聚法由于EP在预聚阶段生成了部分支链结构，使预聚体的粘度增大，影响了乳化；另外，共聚法制得的乳液中环氧基团在三乙胺的催化下开环，形成交联物而沉淀。      2、有机硅改性水性聚氨酯   2.1有机硅的特点   有机硅聚合物分子结构中含有元素硅，是属于半有机、半无机结构的高分子化合物，它们兼具有机化合物和无机化合物的特性

7、，具有耐低温、耐气候老化、电绝缘、耐臭氧、憎水、难燃、生理惰性等许多优异性能。有机硅聚合物最显著的特点就是耐氧化性和低表面能，耐氧化性就是耐候性好，而低表面能会产生优良的疏水性。有机硅产品通常是指聚硅氧烷系列，包括非活性聚硅氧烷、活性聚硅氧烷、环氧基、羟基、氨基等改性聚硅氧烷。有机硅改性水性聚氨酯可以弥补水性聚氨酯耐水解性稍差的缺陷，使改性水性聚氨酯表现出良好的憎水性、表面富集性、低温柔顺性和优良的生物相容性。   2.2有机硅改性方法   有机硅改性水性聚氨酯同样是共混改性和共聚改性2种方法。共混可以通

8、过水性聚氨酯乳液和聚硅氧烷乳液物理共混来实现。聚氨酯可以改善聚硅氧烷乳液的耐油性，而聚硅氧烷乳液可以改善水性聚氨酯的耐水和耐溶剂性能，两者共混可获得取长补短的效果。但由于乳化剂的存在，共混改性对最终成膜的性能有负面影响，共混改性仅仅是简单的机械混合，无化学键形成，硅油易于迁移，造成硅感时效短。共聚改性是有机硅改性水性聚氨酯最常用的方法，通过两端带有反应性官能团的聚硅氧烷低聚物(如羟基硅油、氨基硅油、氨基或烷氧基封端的硅烷偶联剂