改性水性聚氨酯探究进展

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1、改性水性聚氨酯探究进展　　摘要：介绍了几种水性聚氨酯化学改性研究进展，包括环氧树脂、丙烯酸树脂、有机硅烷等二元共聚改性及两种以上树脂的三元共聚改性的研究状况。展望了水性聚氨酯化学改性的发展趋势。关键词：水性聚氨酯；改性；共聚中图分类号：TU74文献标识码：A文章编号：0前言聚氨酯(polyurethane)是聚氨基甲酸酯的简称，是在聚合物内含有相当数量氨酯键的高分子化合物。水性聚氨酯(WPU)是以水代替有机溶剂作为分散介质的二元胶态体系，它不含或含有少量有机溶剂，具有不燃、无毒无污染、节省能源、操作加工方便等优点，同时保留了传统溶剂型聚氨酯的一些优良胜能，如良好的耐

2、磨性、柔韧性、耐低温性和耐疲劳性等。单一的聚氨酯乳液尚存在自增稠性差、固含量低、乳胶膜的耐水性差、光泽性较低、涂膜的综合性能较差等缺点。但是，PU预聚体中的-NCO基团具较强的活性，能与羟基、氨基、乙烯基等基团反应，这就为研究者通过改性来提高WPU涂料的综合性能提供了可能，促使广大的科研工作者对水性聚氨酯涂料进行各种改性研究，以扩大其应用范围。7水性聚氨酯改性的方法有物理共混和化学共聚两种形式：共混是将具有互补特性的两种或多种树脂混合在一起，存在的最大问题是混容稳定性差；共聚是通过在体系中引入各种功能性的成分，合成具有特殊性能的复合乳液，因乳液的稳定性好而具实用性。

3、目前，PU与羧甲基纤维素、聚乙烯醇、醋酸乙烯、丁苯橡胶、环氧树脂、聚硅氧烷和丙烯酸酯的复合乳液均有研究，其中后三类复合乳液因在功能上与水性聚氨酯具有互补性，尤其对聚氨酯涂层的耐水性及硬度、强度等力学性能的改善较为显著，因此，研究最为活跃。1环氧改性水性聚氨酯环氧树脂具有许多优良的性能，如机械强度高、粘附力强、成型收缩率低、化学稳定性好、电绝缘性好、热稳定性好等特点，广泛应用与涂料行业。由于环氧树脂的羟基与聚氨酯反应时可以将支化点引入聚氨酯主链，使之部分形成网状结构，因此环氧改性聚氨酯（EPU）乳液在提高涂膜的附着力、抗张强度、耐水性和耐溶剂性等方面作用明显。2丙烯酸

4、酯改性水性聚氨酯7聚丙烯酸酯(PA)乳液具有较好的耐水性、物理机械性能和耐候性能，故PU和PA在性能上具有互补性。丙烯酸酯类化合物对水性聚氨酯的共聚改性是将PA加入PU乳液中，再通过引发剂进行自由基聚合而制得的复合乳液（PUA）。其制备方法主要有以下几种方式[1]：①PU乳液和PA乳液共混，外加交联剂进行共聚形成PUA复合乳液；②先合成PU聚合物乳液，以此为种子乳液再进行丙烯酸酯乳液聚合，形成具有核/壳结构的PUA复合乳液；③两种乳液以分子线度互相渗透，然后进行反应，形成高分子互穿网络的PUA复合乳液；④合成带C=C双键的不饱和氨基甲酸酯单体，然后将该大单体和其它丙

5、烯酸酯单体进行乳液共聚，得到PUA共聚乳液。3有机硅改性水性聚氨酯有机硅分子中既含有机基团，又含无机硅原子，具有较低的表面能，常用它作为有机介质和无机介质的偶联剂。它在涂膜中向表面富集，赋予这些经过有机硅改性的涂膜优良的耐水性、耐候性、耐酸碱性、耐高低温性能和良好的机械性能，因而得到了广泛的研究与应用。但要实现有机硅与聚氨酯共聚改性，有机硅分子链上必须含有能与异氰酸酯中的NCO基反应的活性基团，如羟基、氨基、乙烯基、环氧基等。羟基硅烷常作为羟基组分部分或全部代替聚二醇参与聚氨酯预聚体的合成，在预聚物分子链上引入Si-O键；氨基硅烷以双氨基硅烷应用最多，通过与预聚体的

6、扩链反应而引入到聚氨酯乳液中；环氧硅烷则作为外交联剂通过与水性聚氨酯链的羧基或羧基季铵盐反应，以达到改性的目的。4复合改性水性聚氨酯7对水性聚氨酯仅仅采用一种物质对其改性，其性能不能满足多方面的需求。由于环氧树脂具有高模量、高强度和耐化学性好等优点，丙烯酸酯具有较好的耐水性、耐候性，有机硅则有较好的透气性、耐水性，耐低温性尤佳。因此在实验中如何将这些优点有机的结合在一起，取长补短以提高水性聚氨酯的综合性能，这对WPU的改性研究提出了更高的要求。在二元共聚改性的基础上，有不少研究者对三元共聚改性进行了卓有成效的研究,尤其是用环氧树脂、丙烯酸酯、有机硅三种改性物，两两交

7、叉结合对水性聚氨酯的改性研究成为近期的研究热点。华南理工大学的一批研究人员对环氧-丙烯酸-聚氨酯杂合乳液的合成进行了较深入的研究。如黄洪等人[2]用环氧树脂E-44和甲基丙烯酸甲酯(MMA)复合改性水性聚氨酯(WPU)，丙烯酸羟乙酯(HEA)与MMA发生共聚反应。制得以丙烯酸酯为核，聚氨酯为壳，HEA为核壳之间桥连的核壳交联型PUA复合乳液。这种复合乳液集中了聚氨酯的耐低温、柔软性好、附着力强，丙烯酸酯的耐水和耐候性好，环氧树脂的高模量、高强度、耐化学性好等许多优点。傅和青等人[3]以三羟甲基丙烷(TMP)为交联剂，先用环氧树脂改性聚氨酯(PU)，得到环氧树脂改