水性聚氨酯的研究进展.docxVIP

摘要：简述了水性聚氨酯的研究历程，综述了近年来水性聚氨酯改性的几种改性方法的特点和研究进展;同时由于水性聚氨酯在涂料领域的广泛研究和应用，本文也综述了水性聚氨酯涂料的主要特点和研究进展。 关键词:水性聚氨酯 ；改性；聚氨酯涂料；进展 1 水性聚氨酯的研究历程 1934 年，联邦德国的P. Schlack 在乳化剂和保护胶体的作用下，将二异氰酸酯在剧烈搅拌下乳化于水并添加二胺，首次成功制备了水性聚氨酯。21 世纪60 年代，Bayer公司的Dieteric 博士发明了水性聚氨酯的自乳化制备方法，其工艺包括丙酮法、预聚体混合法、热熔法、酮亚胺/甲酮连氮法等，此法提高了水性聚氨酯的稳定性，获得了优良的成膜性。1967 年水性聚氨酯首次实现工业化并在美国市场问世。20 世纪70～80 年代，美国、德国、日本等国的一些水性聚氨酯产品已从试制阶段发展为生产和应用，有多种牌号的水性聚氨酯产品供应。1972 年，Bayer 公司率先将水性聚氨酯用作皮革涂饰剂，水性聚氨酯开始成为重要商品。20 世纪80 年代是水性聚氨酯在生产、应用等方面的完善时期。20 世纪90 年代以来国外对水性聚氨酯的研究主要集中在双组分水性聚氨酯的合成和其基础理论的研究。经历50多年的漫长发展道路，水性聚氨酯的制备技术已日趋完善，随着产品性能及人们对环保要求的日益提高，在许多领域正逐步取代溶剂型聚氨酯，并显示出巨大的社会效益和经济效益[1]。 2水性聚氨酯的分类 水性聚氨酯是以水为介质的二元胶态体系，聚氨酯粒子分散于连续的水相中，因此又称为水基聚氨酯。水性聚氨酯按使用形式可分为单组分和双组分两类；按粒径和外观可分为聚氨酯溶液、聚氨酯水分散体、聚氨酯乳液；按分子链上是否有离子基团以及电荷性质，分为阴离子型、阳离子型、两性离子型、非离子型。 3水性聚氨酯改性 为了更好的提高水性聚氨酯的综合性能, 扩大应用范围, 近年来改性水性聚氨酯研究已成为一大热点, 许多研究学者进行了深入的研究。目前, 改性方法大致可分为4种[2] :(1)改进单体和合成工艺;(2)添加助剂;(3)实施交联;(4)优化复合。根据改性剂不同, 水性聚氨酯乳液的改性主要有:环氧树脂改性、有机硅改性、丙烯酸酯改性等。 3.1 环氧树脂改性水性聚氨酯 3.1.1　环氧树脂的特点 环氧树脂(EP)具有许多优良的性能, 如易固化、机械强度高、粘附力强、成型收缩率低、化学稳定性好、电绝缘性好等特点。但是, 环氧树脂也存在一些突出缺点,如韧性差,抗冲击强度低,固化后质脆,从而限制了其在某些领域内的应用[3]。 3.1.2 环氧树脂改性的方法与研究进展 环氧改性水性聚氨酯的制备方式主要有2 种:即机械共混法和共聚法。共混法一般是先合成聚氨酯预聚体, 再将适量的环氧树脂均匀分散在预聚体中, 然后对混有环氧树脂的预聚体进行乳化, 最终得到环氧树脂改性的水性聚氨酯乳液。机械共混法制得的环氧树脂改性水性聚氨酯乳液中, 环氧树脂与聚氨酯之间没有化学键的结合, 环氧树脂不具亲水性, 而聚氨酯链中的羧基及聚醚链段对水具有亲和性, 当两者在水中乳化时, 环氧树脂被包覆在聚氨酯链中, 有可能会形成一定的核-壳结构[4] 。共聚法主要是利用环氧树脂链两端的环氧基优先与聚氨酯预 聚体进行共聚反应, 其次是环氧树脂分子上的羟基参与其反应制成预聚体, 再乳化于水。近年来，人们研究发现经环氧树脂改性的水性聚氨酯其力学性能、粘接强度、耐水、耐溶剂等性能都会得到提高。 3.2 有机硅改性水性聚氨酯 3.2.1 有机硅的特点 有机硅聚合物分子结构中含有元素硅, 是属于半有机、半无机结构的高分子化合物 。有机硅聚合物最显著的特点就是耐氧化性和低表面能, 耐氧化性就是耐候性好, 而低表面能会产生优良的疏水性[5]。有机硅产品通常是指聚硅氧烷系列, 包括非活性聚硅氧烷、活性聚硅氧烷、环氧基、羟基、氨基等改性聚硅氧烷。 3.2.2 有机硅改性的方法及研究进展 有机硅改性水性聚氨酯同样是共混改性和共聚改性2种方法。共混可以通过水性聚氨酯乳液和聚硅氧烷乳液物理共混来实现。聚氨酯可以改善聚硅氧烷乳液的耐油性, 而聚硅氧烷乳液可以改善水性聚氨酯的耐水和耐溶剂性能, 两者共混可获得取长补短的效果。但由于乳化剂的存在, 共混改性对最终成膜的性能有负面影响, 共混改性仅仅是简单的机械混合, 无化学键形成, 硅油易于迁移, 造成硅感时效短[6]。共聚改性是有机硅改性水性聚氨酯最常用的方法, 通过两端带有反应性官能团的聚硅氧烷低聚物(如羟基硅油、氨基硅油、氨基或烷氧基封端的硅烷偶联剂等)与多异氰酸酯经逐步加成、聚合而制得嵌段共聚物。 有机硅共聚改性水性聚氨酯制备方法主要有合成与扩链2种不同的方法。合成法是在合成预聚体过程中将羟基硅油或氨基硅油引入聚氨酯链