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1、水性聚氨酯涂料合成工藝探究 摘要：介紹了制備水性聚氨酯涂料在聚合工藝上的改進措施(包括殼核乳液聚合、無皂乳液聚合、輻照聚合，互穿網(wǎng)絡(luò)聚合)和研究進展(包括丙烯酸酯改性、環(huán)氧樹脂改性及有機硅改性)，并指出了水性聚氨酯涂料的發(fā)展趨勢。關(guān)鍵詞：水性聚氨酯；聚合工藝；研究進展中圖分類號：TQ328文獻標(biāo)識碼：A引言水性聚氨酯是以聚氨酯樹脂為基料、以水代替有機溶劑作為分散介質(zhì)的新型高分子材料，不但保留了傳統(tǒng)溶劑型聚氨酯的一些優(yōu)良性能，還具有無毒、不燃、不污染環(huán)境及節(jié)約能源等優(yōu)點。將水性聚氨酯用于涂料粘合劑時，織物使用性能與傳統(tǒng)工藝相近，干濕摩擦
2、牢度、耐洗色牢度與未改性滌棉染色樣品相當(dāng)，甚至有所提高，更重要的是該類涂料粘合劑無甲醛釋。因此，水性聚氨酯作為一種新型的環(huán)保型涂料粘合劑越來越受到人們的重視。圖1聚氨酯的合成一、水性聚氨酯涂料研究進展7水性聚氨酯涂料是以水性聚氨酯樹脂為基礎(chǔ)，用水而非傳統(tǒng)溶劑為分散質(zhì)配制而成的涂料。水性聚氨酯乳液具有三大特點:其連續(xù)相為水相，故安全，易保管和C存，使用方便;成本低;較完整的保留了溶劑型聚氨酯的特性。進入21世紀(jì)后，水性聚氨酯涂料的應(yīng)用面開始不斷拓寬。國內(nèi)一些生產(chǎn)水性聚氨酯的廠家開始將目光投向涂料領(lǐng)域，生產(chǎn)水性聚氨酯涂料的廠家也從20世紀(jì)9
3、0年代的不到十家增加到現(xiàn)在的幾十家，該產(chǎn)業(yè)進入一個新的發(fā)展階段。在PVC點結(jié)、汽車內(nèi)飾、防止功能性整理、涂層等方面都有大量的工業(yè)化應(yīng)用。隨著世界范圍內(nèi)日益高漲的環(huán)保要求，更是加快了水性聚氨酯工業(yè)發(fā)展的步伐。目前水性聚氨酯涂料的發(fā)展思路主要集中在以下幾個方面:一是與丙烯酸樹脂進行共聚，形成以丙烯酸為殼，聚氨酯為核的共聚乳液，其綜合性能優(yōu)于純聚氨酯乳液，在硬度和耐熱性方面都有很大提高;二是合成水性紫外固化聚氨酯涂料，其性能甚至超過雙組分的性能，和溶劑型涂料相媲美，適合流水線作業(yè)的大型家具廠;三是在合成原料上采用可再生資源例如植物油，廢棄塑料
4、等制備多元醇，然后應(yīng)用該多元醇合成水性聚氨酯，既可以節(jié)省資源，又可以改善涂膜性能。二、水性聚氨酯涂料的合成工藝（一）、無皂乳液聚合7無皂乳液是在反應(yīng)過程中完全不加乳化劑或僅加入微量乳化劑(其濃度小于臨界膠束濃度CMC)的乳液聚合過程。由于傳統(tǒng)的乳液反應(yīng)中存在小分子乳化劑，所制得的膠膜在使用時小分子乳化劑在聚合物與固體基體之間會遷移，這使得聚合物的粘合性變差，并且多余的乳化劑對材料的性能與環(huán)境都有負(fù)面的影響。無皂乳液聚合解決了乳液中多余的乳化劑的問題，可以避免涂料粘合劑使用時粘接不牢的缺陷。楊建軍等采用無皂乳液聚合的方法用丙烯酸酯單體對含
5、C=C雙鍵的水性聚氨酯進行接枝共聚改性，制得丙烯酸酯改性聚氨酯無皂乳液。該無皂乳液所得到的聚合物粒子為120~150nm，通過無皂乳液聚合方法制得的聚氨酯-丙烯酸酯乳液的貯存穩(wěn)定性較好，該乳液涂膜在水中浸泡72h后的吸水率為19.1%，在堿中浸泡不溶脹，說明該涂膜的耐水性、耐溶劑性都得到了明顯的改善，其的拉伸強度也從2.82提高到3.87MPa。王雪琴等通過無皂乳液聚合制備了丙烯酸酯改性聚氨酯乳液，通過常溫密封保存，每隔半個月觀察是否有渾濁、分層、沉淀現(xiàn)象來研究乳液的穩(wěn)定性。實驗結(jié)果證實了無皂乳液聚合可制得外觀良好、貯存穩(wěn)定的PUA復(fù)合
6、乳液。（二）、互穿網(wǎng)絡(luò)聚合7互穿網(wǎng)絡(luò)是兩種或兩種以上互不反應(yīng)的高聚物分子相互貫穿而形成的網(wǎng)絡(luò)體系，聚氨酯預(yù)聚體易與其他單體或聚合物混合，發(fā)生互不干擾的平行反應(yīng)，得到性能優(yōu)良的聚氨酯互穿網(wǎng)絡(luò)。以互穿網(wǎng)絡(luò)聚合法制得的水性聚氨酯/丙烯酸酯涂料粘合劑的各項性能都得到很大的改善，耐摩擦牢度比機械共混法提高0.5~1級，互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)導(dǎo)致復(fù)合體機械性能的變化，因而對其在織物上的耐久性有重要的意義?；ゴ┚W(wǎng)絡(luò)聚合法比物理共混法制得的水性聚氨酯/丙烯酸酯聚合物的相容性好，提高了乳液的成膜性，將其用于涂料粘合劑，明顯改善涂料織物的柔軟性和耐磨性。但是該方法在
7、提高材料涂膜性能的同時也提高了生產(chǎn)的成本。因此，完善互穿網(wǎng)絡(luò)聚合工藝是目前有待解決的問題。（三）、殼核乳液聚合殼核乳液聚合是將性質(zhì)不同的兩種或多種單體分子在一定條件下分階段聚合，使顆粒內(nèi)部的內(nèi)側(cè)和外側(cè)分別富集不同的成分，通過殼核的不同組合，得到一系列不同形態(tài)的乳膠粒子。其典型工藝如圖2所示。圖2殼核乳液聚合工藝這種結(jié)構(gòu)的乳液與普通均相結(jié)構(gòu)的聚合物乳液相比，不僅能通過粒子設(shè)計，賦予聚合物優(yōu)良的耐磨、耐水、粘接強度等性能，而且能很好地解決粘合劑的甲醛排放、焙烘溫度高、黏輥和堵網(wǎng)問題，從而滿足節(jié)能環(huán)保要求。殼核乳液聚合制備水性聚氨酯乳液通常是
8、用丙烯酸酯對聚氨酯進行改性制得：以丙烯酸酯或聚氨酯作為種子，加入另外一種單體溶脹聚合，制得丙烯酸酯為核、聚氨酯為殼的殼核型乳液，這種方法又被稱為種子乳液聚合。與其他方法制備的殼核型聚合物乳液相比，種子乳液聚
