水性聚氨酯涂料的改性

　　水性聚氨酯(WPU)涂料是一類可以在水中分散溶脹的聚合物，因其中的揮發性有機物的含量低，在工業水性漆、建筑涂料、水性膠黏劑等領域有很大的發展和應用空間。

　　水性聚氨酯涂料具有無毒、無味、不污染環境、安全環保的特點，正在逐步取代傳統的溶劑型涂料，特別是水性雙組分聚氨酯涂料，由于具有較高的交聯密度，其性能可與溶劑型涂料相媲美，已經引起了人們極大的興趣。但其耐水性及耐溶劑性較差，固含量低，光澤性較低，配制實用的涂料時還必須加入其它助劑來改善其性能和涂膜的外觀。對水性涂料進行改性，使其擁有更好的性能，從而擴大應用范圍，是研究者們一直以來研究的一個重要的方向。

　　1、有機硅對聚氨酯涂料進行改性

　　水性聚氨酯具有耐候性，耐磨擦，耐低溫，耐有機溶劑、耐酸堿的特性，但在表面光滑性方面存在一定的缺陷。在施工與應用性能方面也不盡如人意，如雙組分水性聚氨酯涂料干燥速度慢;與水反應產生的二氧化碳氣泡殘留在涂膜內;成本高;體系表面張力大引起對基材和顏料潤濕性差。通過共聚將有機硅與聚氨酯兩者的優異性能結合起來，是改善有機硅材料和聚氨酯材料的一種有效途徑。有機硅-聚氨酯共聚物既克服了有機硅機械性能差的缺點，也彌補了聚氨酯耐候性差的不足，是一種很有發展前景的高分子材料。安徽大學蔣蓓蓓等人[6]以聚醚、二羥甲基丙酸(DMPA)、異佛爾酮二異氰酸酯(IPDI)為主要原料，采用了自乳化法合成了水性聚氨酯乳液，并使用一種三官能度烷烴基聚醚型有機硅為主要原料，制備出少量交聯的、耐水性優異的嵌段型水性有機硅聚氨酯。研究結果表明，改性后的材料耐水性增強，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[7]采用側鏈氨基硅油(AEAPS)和直鏈氨基硅油(ATPS)通過合成和擴鏈兩種不同的方法，制得了不同含量有機硅改性的水性聚氨酯涂料。從實驗結果可以看出，經過氨基硅油改性的聚氨酯的吸水率明顯低于未經改性的聚氨酯涂膜的吸水率，側鏈氨基硅油改性的聚氨酯涂膜的疏水性明顯好于直鏈氨基硅油改性的聚氨酯涂膜的疏水性，側鏈氨基硅油改性過的聚氨酯涂膜的耐水性也比直鏈氨基硅油改性的聚氨酯涂膜的耐水性好。

　　2、環氧樹脂對水性聚氨酯涂料的改性

　　環氧樹脂(EP)材料具有高模量、高強度和耐化學性好等優點。由于環氧樹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。常見環氧部分改性的水性聚氨酯是將環氧樹脂與聚氨酯反應后部分形成網狀結構，以提高水性聚氨酯涂膜的機械性能，及耐熱、耐水耐溶劑等綜合性能。北京化工大學高雙之等人[8]利用環氧樹脂出色的粘結能力、高模量、高強度、優良的附著力、低收縮力、耐化學性好等優點，合成了環氧樹脂(E-44)改性的水性聚氨酯。結果表明：與改性前的聚氨酯相比較，涂膜的耐水性、硬度及涂膜力學性能得到顯著提高。Melvin G R等[9]采用基于羥烷基硅氧烷的硅醇改性法，用聚硅氧烷二醇乳液作為擴鏈劑，與水性聚氨酯乳液混合后涂到紙上表現出可打印性且可脫離。分析結果顯示，富集于乳液表面的活性硅氧烷基團在一定條件下水解形成硅醇，硅醇與聚合物內部或表面的活性基團縮合形成立體網絡(Si-O-Si)交聯結構，化學交聯點增加，交聯密度增加，對乳液涂膜表層的致密度有增強的作用，并最終提高涂膜的機械性能。

　　環氧樹脂改性聚氨酯的研究較多，已在實際中得到應用，主要用于汽車工業，涂料、阻尼材料等。

　　3、聚氨酯-丙烯酸酯復合涂層改性

　　丙烯酸酯乳液屬于熱塑性樹脂，其成膜溫度高、低溫涂膜較脆、成膜初期的抗粘性差，不適合制造高品質涂料。因而如何使玻璃化溫度高的丙烯酸酯乳液低溫成膜，成為提高丙烯酸酯乳業品質的一個重要方向。

　　通過采用PU和PA制成PUA復合乳液，其性能優于單一的PU和PA的共混物，其涂膜的耐候性能、耐溶劑性能、綜合機械性能及外觀都有較大改善，且成本低、無公害、易處理，用作膠粘劑及涂料有著很好的發展前途。目前，水性聚氨酯丙烯酸共聚物的商業應用主要在地板涂料方面。另外，此種水性聚氨酯涂料還可以用于汽車修補漆，90%汽車修補漆是由雙組份脂肪族二異氰酸酯與丙烯酸樹脂組成的涂料。

　　李樹材，方平艷認為，聚氨酯組分主要賦予涂膜的附著力，光澤度則由聚丙烯酸酯提供。

　　浙江大學戴晶濱等人采用反應活性溫和的異佛爾酮二異氰酸酯(PDI)和二醇進行聚合制備水性聚氨酯，再用丙烯酸酯改性，得到了PUA復合乳液，結果發現，使用水溶性引發劑KPS的轉化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。

　　此外丙烯酸酯聚氨酯涂層廣泛用于高檔轎車的罩光清漆層，近年來市場對其耐傷性、耐摩擦性、耐候性等性能要求不斷提高。復旦大學的陳國棟等人用丙烯酸單體、四乙氧基硅烷(TEOS)和硅烷偶聯劑(SCA)做前驅體，通過溶膠-凝膠法制備出高耐刮傷性的丙烯酸酯聚氨酯/二氧化硅納米復合涂層。改性后的涂層其機械性能，尤其是耐磨性和耐刮傷性顯著提高，他們開發的耐刮傷性丙烯酸聚氨酯/二氧化硅復合涂層不但可以用于轎車罩光涂層，也可用于高檔大巴車、摩托車或家具等表面的罩光。

　　與此同時將有機硅和聚丙烯酸酯結合起來對聚氨酯改性，制備的涂料綜合了三者的性能。張曉鐳等[14]有機硅丙烯酸水性聚氨酯聚合物綜合了有丙烯酸-聚氨酯-有機硅3種高分子化合物的優點，用在皮革涂飾劑中，克服了熱粘冷脆的問題。有效解決了水性聚氨酯不耐濕擦的缺點。北京化工大學的熊軍等人合成了具有UV聚合能力的不同結構的有機硅聚氨酯丙烯酸酯預聚物，研究了結構與性能的內在聯系和規律。研究結果表明，三者所形成的固化膜具有優良的韌性，為1mm級;熱穩定性好，在300℃時失重僅為4.61%(國外樹脂OAK27和OAK12分別為7.61%和25.79%);具有較高的拉伸強度和伸長率，分別能達到14.41MPa和61.04%;較好的耐化學藥品性和耐水性;玻璃化轉變溫度在50℃到80℃之間。