改性水性聚氨酯探究進(jìn)展

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1、改性水性聚氨酯探究進(jìn)展　　摘要：介紹了幾種水性聚氨酯化學(xué)改性研究進(jìn)展，包括環(huán)氧樹脂、丙烯酸樹脂、有機(jī)硅烷等二元共聚改性及兩種以上樹脂的三元共聚改性的研究狀況。展望了水性聚氨酯化學(xué)改性的發(fā)展趨勢(shì)。關(guān)鍵詞：水性聚氨酯；改性；共聚中圖分類號(hào)：TU74文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：0前言聚氨酯(polyurethane)是聚氨基甲酸酯的簡(jiǎn)稱，是在聚合物內(nèi)含有相當(dāng)數(shù)量氨酯鍵的高分子化合物。水性聚氨酯(WPU)是以水代替有機(jī)溶劑作為分散介質(zhì)的二元膠態(tài)體系，它不含或含有少量有機(jī)溶劑，具有不燃、無(wú)毒無(wú)污染、節(jié)省能源、操作加工方便等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)保留了傳統(tǒng)溶劑型聚氨酯的一些優(yōu)良勝能，如良好的耐

2、磨性、柔韌性、耐低溫性和耐疲勞性等。單一的聚氨酯乳液尚存在自增稠性差、固含量低、乳膠膜的耐水性差、光澤性較低、涂膜的綜合性能較差等缺點(diǎn)。但是，PU預(yù)聚體中的-NCO基團(tuán)具較強(qiáng)的活性，能與羥基、氨基、乙烯基等基團(tuán)反應(yīng)，這就為研究者通過(guò)改性來(lái)提高WPU涂料的綜合性能提供了可能，促使廣大的科研工作者對(duì)水性聚氨酯涂料進(jìn)行各種改性研究，以擴(kuò)大其應(yīng)用范圍。7水性聚氨酯改性的方法有物理共混和化學(xué)共聚兩種形式：共混是將具有互補(bǔ)特性的兩種或多種樹脂混合在一起，存在的最大問(wèn)題是混容穩(wěn)定性差；共聚是通過(guò)在體系中引入各種功能性的成分，合成具有特殊性能的復(fù)合乳液，因乳液的穩(wěn)定性好而具實(shí)用性。

3、目前，PU與羧甲基纖維素、聚乙烯醇、醋酸乙烯、丁苯橡膠、環(huán)氧樹脂、聚硅氧烷和丙烯酸酯的復(fù)合乳液均有研究，其中后三類復(fù)合乳液因在功能上與水性聚氨酯具有互補(bǔ)性，尤其對(duì)聚氨酯涂層的耐水性及硬度、強(qiáng)度等力學(xué)性能的改善較為顯著，因此，研究最為活躍。1環(huán)氧改性水性聚氨酯環(huán)氧樹脂具有許多優(yōu)良的性能，如機(jī)械強(qiáng)度高、粘附力強(qiáng)、成型收縮率低、化學(xué)穩(wěn)定性好、電絕緣性好、熱穩(wěn)定性好等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用與涂料行業(yè)。由于環(huán)氧樹脂的羥基與聚氨酯反應(yīng)時(shí)可以將支化點(diǎn)引入聚氨酯主鏈，使之部分形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，因此環(huán)氧改性聚氨酯（EPU）乳液在提高涂膜的附著力、抗張強(qiáng)度、耐水性和耐溶劑性等方面作用明顯。2丙烯酸

4、酯改性水性聚氨酯7聚丙烯酸酯(PA)乳液具有較好的耐水性、物理機(jī)械性能和耐候性能，故PU和PA在性能上具有互補(bǔ)性。丙烯酸酯類化合物對(duì)水性聚氨酯的共聚改性是將PA加入PU乳液中，再通過(guò)引發(fā)劑進(jìn)行自由基聚合而制得的復(fù)合乳液（PUA）。其制備方法主要有以下幾種方式[1]：①PU乳液和PA乳液共混，外加交聯(lián)劑進(jìn)行共聚形成PUA復(fù)合乳液；②先合成PU聚合物乳液，以此為種子乳液再進(jìn)行丙烯酸酯乳液聚合，形成具有核/殼結(jié)構(gòu)的PUA復(fù)合乳液；③兩種乳液以分子線度互相滲透，然后進(jìn)行反應(yīng)，形成高分子互穿網(wǎng)絡(luò)的PUA復(fù)合乳液；④合成帶C=C雙鍵的不飽和氨基甲酸酯單體，然后將該大單體和其它丙

5、烯酸酯單體進(jìn)行乳液共聚，得到PUA共聚乳液。3有機(jī)硅改性水性聚氨酯有機(jī)硅分子中既含有機(jī)基團(tuán)，又含無(wú)機(jī)硅原子，具有較低的表面能，常用它作為有機(jī)介質(zhì)和無(wú)機(jī)介質(zhì)的偶聯(lián)劑。它在涂膜中向表面富集，賦予這些經(jīng)過(guò)有機(jī)硅改性的涂膜優(yōu)良的耐水性、耐候性、耐酸堿性、耐高低溫性能和良好的機(jī)械性能，因而得到了廣泛的研究與應(yīng)用。但要實(shí)現(xiàn)有機(jī)硅與聚氨酯共聚改性，有機(jī)硅分子鏈上必須含有能與異氰酸酯中的NCO基反應(yīng)的活性基團(tuán)，如羥基、氨基、乙烯基、環(huán)氧基等。羥基硅烷常作為羥基組分部分或全部代替聚二醇參與聚氨酯預(yù)聚體的合成，在預(yù)聚物分子鏈上引入Si-O鍵；氨基硅烷以雙氨基硅烷應(yīng)用最多，通過(guò)與預(yù)聚體的

6、擴(kuò)鏈反應(yīng)而引入到聚氨酯乳液中；環(huán)氧硅烷則作為外交聯(lián)劑通過(guò)與水性聚氨酯鏈的羧基或羧基季銨鹽反應(yīng)，以達(dá)到改性的目的。4復(fù)合改性水性聚氨酯7對(duì)水性聚氨酯僅僅采用一種物質(zhì)對(duì)其改性，其性能不能滿足多方面的需求。由于環(huán)氧樹脂具有高模量、高強(qiáng)度和耐化學(xué)性好等優(yōu)點(diǎn)，丙烯酸酯具有較好的耐水性、耐候性，有機(jī)硅則有較好的透氣性、耐水性，耐低溫性尤佳。因此在實(shí)驗(yàn)中如何將這些優(yōu)點(diǎn)有機(jī)的結(jié)合在一起，取長(zhǎng)補(bǔ)短以提高水性聚氨酯的綜合性能，這對(duì)WPU的改性研究提出了更高的要求。在二元共聚改性的基礎(chǔ)上，有不少研究者對(duì)三元共聚改性進(jìn)行了卓有成效的研究,尤其是用環(huán)氧樹脂、丙烯酸酯、有機(jī)硅三種改性物，兩兩交

7、叉結(jié)合對(duì)水性聚氨酯的改性研究成為近期的研究熱點(diǎn)。華南理工大學(xué)的一批研究人員對(duì)環(huán)氧-丙烯酸-聚氨酯雜合乳液的合成進(jìn)行了較深入的研究。如黃洪等人[2]用環(huán)氧樹脂E-44和甲基丙烯酸甲酯(MMA)復(fù)合改性水性聚氨酯(WPU)，丙烯酸羥乙酯(HEA)與MMA發(fā)生共聚反應(yīng)。制得以丙烯酸酯為核，聚氨酯為殼，HEA為核殼之間橋連的核殼交聯(lián)型PUA復(fù)合乳液。這種復(fù)合乳液集中了聚氨酯的耐低溫、柔軟性好、附著力強(qiáng)，丙烯酸酯的耐水和耐候性好，環(huán)氧樹脂的高模量、高強(qiáng)度、耐化學(xué)性好等許多優(yōu)點(diǎn)。傅和青等人[3]以三羥甲基丙烷(TMP)為交聯(lián)劑，先用環(huán)氧樹脂改性聚氨酯(PU)，得到環(huán)氧樹脂改