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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(jìn)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(jìn)展(包括丙烯酸酯改性、環(huán)氧樹脂改性及有機(jī)硅改性)，并指出了水性聚氨酯涂料的發(fā)展趨勢(shì)。關(guān)鍵詞：水性聚氨酯；聚合工藝；研究進(jìn)展中圖分類號(hào)：TQ328文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)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(jī)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(diǎn)。將水性聚氨酯用于涂料粘合劑時(shí)，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(jìn)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(diǎn):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(jìn)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(guó)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(jìn)入一個(gè)新的發(fā)展階段。在PVC點(diǎn)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(gè)方面:一是與丙烯酸樹脂進(jìn)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(shí)小分子乳化劑在聚合物與固體基體之間會(huì)遷移，這使得聚合物的粘合性變差，并且多余的乳化劑對(duì)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(shí)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(duì)含
5、C=C雙鍵的水性聚氨酯進(jìn)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(qiáng)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(gè)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(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí)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(xiàng)性能都得到很大的改善，耐摩擦牢度比機(jī)械共混法提高0.5~1級(jí)，互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)導(dǎo)致復(fù)合體機(jī)械性能的變化，因而對(duì)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(shí)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(jì)，賦予聚合物優(yōu)良的耐磨、耐水、粘接強(qiáng)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(duì)聚氨酯進(jìn)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
