隨著人們環(huán)保意識的增強(qiáng)，人們對自身的生活環(huán)境越來越關(guān)注，傳統(tǒng)的溶劑型涂料面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，水性涂料具有無毒、不易燃燒、無污染環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)，所以水性涂料成為近年來研究的熱點(diǎn)。水性聚氨酯是以水為分散介質(zhì)的二元膠體體系，有機(jī)揮發(fā)性化合物含量極低，符合人們的環(huán)保要求。水性聚氨酯涂料,由于其分子具有“可裁剪性” ,結(jié)合新的合成和交聯(lián)改性技術(shù),可以有效控制涂料的組成與結(jié)構(gòu),從而使其具有很高的強(qiáng)度、特別耐磨損，優(yōu)異的低溫成膜性能、流平性、及柔韌性，使用安全、無毒、不燃、無環(huán)境污染等優(yōu)異性能。聚氨酯樹脂分子結(jié)構(gòu)具有硬鏈段和軟鏈段組成的鏈段結(jié)構(gòu)決定了其即堅(jiān)硬又柔韌的獨(dú)特性能，通過改變軟硬鏈段的種類和組成比可以得到不同性能的水性聚氨酯產(chǎn)品。水性聚氨酯涂料發(fā)展迅速，應(yīng)用廣泛。

1 水性聚氨酯涂料

1.1 水性聚氨酯木器涂料

      對木器表面涂飾不僅有裝飾美化效果，而且對木材起著很好的保護(hù)作用。目前,世界合成木器漆樹脂發(fā)展的趨勢表現(xiàn)為環(huán)保和高性能化,隨著國家對環(huán)保法規(guī)的日趨嚴(yán)格,水性木器漆將逐步取代油性漆,水性木器漆的研究開發(fā)在我國也得到了前所未有的發(fā)展。水性聚氨酯非常適合配制各種高檔的水性木器面漆。然而單一的聚氨酯涂料在耐水性、光澤、硬度等方面還不夠理想,可以通過改性使聚氨酯獲得更加優(yōu)異的綜合性能。聚氨酯的改性有兩種方式:一種是通過簡單的物理方法將具有互補(bǔ)特性的兩種或多種樹脂混合在一起;另一種是通過化學(xué)方法使產(chǎn)品具有兩種或多種體系的特性。國內(nèi)在改性聚氨酯方面的工作做的很多，主要有醇酸改性聚氨酯，環(huán)氧改性聚氨酯涂料，有機(jī)硅改性聚氨酯涂料，丙烯酸酯改性聚氨酯涂料等等。采用聚氨酯改性自催化醇酸樹脂,氨基樹脂,助劑,溶劑等制成聚氨酯改性醇酸氨基漆。該漆在110 ℃烘烤5min、或80 ℃烘烤20min 即可全干,縮短了烘干時(shí)間,降低了烘干溫度,漆膜性能優(yōu)良,各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到使用要求。許戈文[4]等用聚氨酯與環(huán)氧樹脂接肢合成出環(huán)氧改性聚氨酯乳液，討論了n(NCO)/n(OH)值、環(huán)氧樹脂加入量以及異氰酸跟殘留量對產(chǎn)品性能的影響，制得了綜合性能優(yōu)良的水性環(huán)氧改性聚氨酯清漆.采用水性聚氨酯分散體和丙烯酸乳液復(fù)配制備水性木器涂料,討論了水性聚氨酯樹脂種類和配比、共溶劑和潤濕劑對涂膜性能的影響,通過正交實(shí)驗(yàn)優(yōu)選了水性聚氨酯木器涂料配方。性能測試結(jié)果表明,研制的水性聚氨酯丙烯酸復(fù)合木器涂料具有干燥速度快、硬度高和耐水性好等優(yōu)點(diǎn)。以甲苯二異氰酸酯、聚醚二醇、二羥甲基丙酸為原料，通過高分子反應(yīng)得到預(yù)聚體，將此預(yù)聚體在低濃度的氨基硅烷偶聯(lián)劑溶液中擴(kuò)鏈，制得一種氨基硅烷偶聯(lián)劑改性的聚氨酯水乳液。性能測試結(jié)果表明：以此乳液再配以其它助劑制得的水性聚氨酯木器涂料，具有優(yōu)異的附著力、耐水性和力學(xué)性能。

1.2 水性聚氨酯織物涂料

      水性聚氨酯用做織物涂層具有成膜性能好，遮蓋力強(qiáng)，粘結(jié)牢固，涂層光亮、平滑、耐水、耐曲折、易于清潔保養(yǎng)、產(chǎn)品革手感豐滿、舒適，環(huán)境效益好等特點(diǎn)，深受國內(nèi)外紡織服裝業(yè)高度重視。水性聚氨酯可應(yīng)用于防水透濕、防紫外線、阻燃織物調(diào)溫等功能涂層，近幾年在織物抗起毛起球、免燙整理及染色固色中也得到廣泛的應(yīng)用。分別加入丙烯酸甲酯或丙烯酸羥乙酯或兩者的混合體合成改性水性聚氨酯，并對棉織物涂層，在不同溫度、時(shí)間及涂層量下，測試涂層棉織物抗性、強(qiáng)力伸長率及透濕性表明，引入丙烯酸甲酯可提高涂層膜抗水性、增加涂層膜抗張強(qiáng)力。引入丙烯酸羥乙酯有利涂層膜透氣性，提高涂層膜斷裂伸長率。將納米ZnO應(yīng)用于水溶性聚氨酯對絲綢的抗皺整理，能夠提高真絲綢的折皺回復(fù)角，整理后織物的折皺回復(fù)角200.3°增加到285.2°，有較好的耐洗性和織物強(qiáng)力及白度保持率，而且具有一定的紫外線吸收功能。將干性植物油與二乙醇胺發(fā)生胺解反應(yīng)得到的中間體合成水性聚氨酯樹脂，該樹脂用作主成膜物與水復(fù)合溶劑及優(yōu)質(zhì)的顏料(染料)、填料和助劑復(fù)配，得到可用于絲網(wǎng)印染的常溫交聯(lián)型水性聚氨酯涂料，用此法合成的常溫交聯(lián)水性聚氨酯樹脂可滿足水性絲網(wǎng)印染涂料的制造工藝要求。報(bào)道了一種水性聚氨酯改性丙烯酸樹脂固色劑及生產(chǎn)方法。其作為紡織品整理劑，特別是紡織品成膜固色劑使用，具有干濕摩牢度好，且手感柔軟的特點(diǎn)。

1.3 建筑防水涂料

      聚氨酯防水涂料是為了克服傳統(tǒng)瀝青系列防水涂料和防水卷材的不足，于20世紀(jì)60年代在歐美及日本出現(xiàn)的一種新型防水材料。由于其具有整體防水優(yōu)異、性能穩(wěn)定可靠、施工維修方便、易于調(diào)節(jié)組分比例等特點(diǎn)，可用于建筑物不同部位的防水以及土木工程中的堵漏。隨著建筑物的高層化，墻面所用瓷磚剝落的危險(xiǎn)系數(shù)加大，給建筑物的維修加大了難度，而且外墻面的自清潔能力也差，影響建筑物的外觀效果，國內(nèi)外將有逐步替代瓷磚的趨勢。從生產(chǎn)成本、質(zhì)量均勻性和使用方便性等因素考慮，今后瀝青型、聚醚型的聚氨酯防水涂料仍然是我國的主要產(chǎn)品，國產(chǎn)聚氨酯防水涂料價(jià)格高，性能較好，多用于屋面和地下防水，用于內(nèi)外墻的防水涂料產(chǎn)品還不多見。中國科學(xué)院廣州化學(xué)研究所呂滿庚博士率領(lǐng)課題組對水性聚氨酯體系及聚氨酯/丙烯酸體系經(jīng)近兩年潛心而系統(tǒng)的研究，技術(shù)產(chǎn)品取得了重大突破。該高性能水性聚氨酯外墻涂料采用接枝聚合法獲得的聚氨酯—丙烯酸具有優(yōu)越的力學(xué)和綜合性能，其強(qiáng)度高、薄膜韌性強(qiáng)并具有耐磨、耐刻劃、防水、防油、耐腐蝕和優(yōu)異的高低溫性、不易沾污、容易清洗和高裝飾性等優(yōu)點(diǎn)。該產(chǎn)品經(jīng)廣東省涂料產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢測站測試，其性能指標(biāo)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過國家建筑外墻涂料GB-T9755的標(biāo)準(zhǔn)。采用種子乳液聚合合成核/殼結(jié)構(gòu)的水性聚氨酯/丙烯酸酯乳液，并選擇相應(yīng)的分散劑、成膜助劑、流平劑、消泡劑、增稠劑、 PH調(diào)節(jié)劑等助劑的種類及優(yōu)化配方，得到性能優(yōu)異的水性聚氨酯彈性樹脂建筑防水涂料。以水性聚氨酯為改性劑對乳化瀝青進(jìn)行改性，運(yùn)用相容劑等助劑提高了水性聚氨酯與瀝青的相容性，并較為系統(tǒng)地研究了涂料的配方及其性能。當(dāng)水性聚氨酯達(dá)到瀝青質(zhì)量的1/4后，粘結(jié)強(qiáng)度≥0.18MPa，拉伸強(qiáng)度≥ 0.68 MPa，可作為一種“綠色”環(huán)保防水涂料進(jìn)行推廣。

1.4 水性聚氨酯防腐涂料

      金屬腐蝕導(dǎo)致的損失十分嚴(yán)重，特別是鋼鐵的防腐蝕日益引起國內(nèi)外關(guān)注。而涂覆防銹涂料是防止鋼鐵腐蝕的主要方法之一。水性涂料因其能夠有效地克服溶劑型涂料價(jià)格高、污染大的缺點(diǎn)，逐漸成為涂料的主要發(fā)展方向。用環(huán)氧樹脂作為大分子擴(kuò)鏈劑，充分利用環(huán)氧樹脂的環(huán)氧基和羥基參與反應(yīng)，合成涂膜性能優(yōu)異的防腐涂料用水性聚氨酯樹脂。采用BASF羥基丙烯酸乳液S937T和HW160PC固化劑制備的水性雙組分聚氨酯防腐涂料的綜合性能優(yōu)越，施工容易，完全可以取代目前大部分溶劑型防腐涂料。報(bào)道了一種用于文物保護(hù)的水性聚氨酯涂料，通過：對一種聚酯型聚氨酯乳液進(jìn)行改性作為鐵質(zhì)文物復(fù)合封護(hù)劑：即通過添加緩蝕劑作為底層封護(hù)劑，添加TiO2、 SiO2納米顆粒作為面層封護(hù)劑，研究結(jié)果表明，添加緩蝕劑的底層封護(hù)劑對基體起到明顯的防蝕作用 ，改性后的納米復(fù)合封護(hù)劑的耐紫外線、耐酸、堿、鹽等主要性能有了明顯提高，復(fù)合封護(hù)涂層無色、透明、無光，符合鐵質(zhì)文物保護(hù)要求。在水性聚氨酯的合成過程中引入環(huán)氧樹脂制備得到水性聚氨酯環(huán)氧樹脂乳液，以此乳液作為基料，通過配方設(shè)計(jì)，篩選出無毒高效復(fù)合鐵鈦防銹顏料，配合其他顏填料和助劑，研究制備了高性能水性防銹涂料。以水性聚氨酯為基料,加入顏填料和助劑合成水性防腐蝕涂料。改變涂料配方中顏填料和基料的質(zhì)量比(P/ B) ,在不銹鋼板上制得涂層樣品,通過極化曲線和電化學(xué)阻抗測試,討論P(yáng)/ B對涂層腐蝕性能的影響,試驗(yàn)結(jié)果表明,涂料配方中P/B= 0.8 和1.5 時(shí)涂層綜合性能較好。以甲苯二異氰酸酯(TD I280) 、聚醚二元醇(N220) 、環(huán)氧樹脂( E20)和甲基丙烯酸甲酯(MMA)等為原料,通過原位聚合,制備了水性聚氨酯- 環(huán)氧樹脂- 丙烯酸(WPUEA)復(fù)合分散液. 分散液儲存期超過10個(gè)月,凍融循環(huán)大于5,其涂膜硬度大于0.70,拉伸強(qiáng)度大于10MPa,耐水性、耐酸堿性、耐溶劑性等較水性聚氨酯(WPU)有明顯改善. 引入環(huán)氧樹脂來改性水性聚氨酯,以水性環(huán)氧聚氨酯為基料制備富鋅涂料,通過對其腐蝕電位和電化學(xué)阻抗譜(EIS)的測試分析,研究了添加不同含量鋅粉的富鋅涂層在3%NaCl溶液中的腐蝕電化學(xué)行為,并與添加少量鋁粉的富鋅涂料及傳統(tǒng)富鋅涂料進(jìn)行了對比。結(jié)果表明,水性環(huán)氧聚氨酯富鋅涂料的防腐蝕能力比傳統(tǒng)環(huán)氧富鋅底漆強(qiáng);鋅粉的添加量對涂層的防腐蝕效果有一定的影響,添加少量鋁粉能提高涂層的防腐蝕性能。在鋼鐵重防腐方面具有廣闊的應(yīng)用前景。

1.5 水性聚氨酯汽車涂料

       從20世紀(jì)90年代開始，歐美汽車廠為環(huán)保達(dá)標(biāo)采用環(huán)保型汽車涂料替代傳統(tǒng)的有機(jī)溶劑型汽車涂料。其中德國已基本實(shí)現(xiàn)水性化，中涂占80%，底色漆占93%。而在中國采用水性環(huán)保涂料較少，環(huán)保型汽車涂料市場還將有著巨大的發(fā)展前景。汽車工業(yè)中使用的涂料根據(jù)使用部位不同可分為3 種類型：一類為車體零部件、內(nèi)外飾件，特別是各種塑料件使用的涂料；另一類為車身表面涂裝使用的涂料，即通常所謂汽車漆或汽車原廠漆(OEM)；此外還有一類用于汽車車身修補(bǔ)的修補(bǔ)漆。隨著汽車工業(yè)的飛速發(fā)展，對汽車涂裝的要求越來越高，從環(huán)保的角度考慮，水性化是汽車涂料的發(fā)展趨勢，汽車表面的底漆、中涂漆、色漆、罩光漆以及修補(bǔ)漆均可采用水性聚氨酯。目前使用的水性聚氨酯汽車涂料主要是雙組分型的。以甲苯二異氰酸酯(TDI) 、聚合物多元醇(PEA) 、親水劑(MDEA) 以及封端劑通過丁酮法合成了陽離子型水性聚氨酯電泳涂料。 DSC結(jié)果表明丙二酸二乙酯封端的PU漆膜的分解溫度為128℃ ,漆膜的耐水性大于96h ,鉛筆硬度4H。 用聚丙烯酸酯多元醇分散體作為一組分，親水性多異氰酸酯做為另一組分，得到水性雙組分汽車修補(bǔ)涂料，該乳液在60℃干燥30分鐘成膜，并在室溫下干燥幾天后形成交聯(lián)結(jié)構(gòu)，得到的涂膜具有很好的耐溶劑、耐化學(xué)品、耐候及機(jī)械性能。所用的聚丙烯酸酯多元醇分散體是由丙烯酸樹脂、羥基丙烯酸酯、丙烯酸、苯乙烯等單體合成的共聚物。 優(yōu)化了用于與未經(jīng)改性的叔異氰酸酯型交聯(lián)劑(四甲基苯二亞甲基二異氰酸酯與三羥甲基丙烷的加成物) 配合的水分散性丙烯酸多元醇的配方,得到了雙組分水性聚氨酯涂料,施工期限超過8h,干燥時(shí)間小于2h,具有早期硬度,耐溶劑性發(fā)展較快,漆膜性能達(dá)到了溶劑型雙組分聚氨酯涂料的指標(biāo),可滿足汽車修補(bǔ)漆的要求。

1.6 功能性水性聚氨酯涂料

      隨著在生產(chǎn)和生活方面對具有新型功能的聚合物材料的需求, 以及科技水平的進(jìn)步, 近年來, 人們開發(fā)出了眾多帶有特殊物理化學(xué)性質(zhì)的聚氨酯材料和聚氨酯復(fù)合材料。導(dǎo)電高分子材料的研究與開發(fā)已成為功能高分子材料研究的一個(gè)重要方面, 聚氨酯材料功能化發(fā)展的趨勢使導(dǎo)電聚氨酯得到迅速發(fā)展。許多研究所、學(xué)校和企業(yè)等都對此進(jìn)行了大量的研究, 取得了一系列的成就和進(jìn)展。 以PTMG合成水性聚氨酯再加人聚氧化乙烯（ PEO）并成膜, 得到WPU(PTMG)/復(fù)合膜, 將此膜浸入LiClO4-PC、LiClO4-EC、 LiClO4-DEC的混合溶液中, 研究了在不同體系和溫度下的導(dǎo)電能力, 其中最大電導(dǎo)率為1464.97μ S/cm。聚氨酯材料和其它高分子材料一樣具有電絕緣性, 靜電積累效應(yīng)顯著, 其材料本身的表面電阻率一般為1× 1012～1× 1015 Ω， 這就使其在使用過程中會因摩擦而產(chǎn)生很高的靜電壓。目前提高聚合物抗靜電的方法主要有添加炭黑、金屬、金屬氧化物、無機(jī)鹽等抗靜電劑及與水性聚合物或本征導(dǎo)電聚合物共混。以為封閉劑, 合成了封端型水性聚氨酯, 再與抗靜劑一及相關(guān)助劑復(fù)配成一類新型抗靜電復(fù)合劑,該復(fù)合劑抗靜電性及耐久性較好。采用聚乙烯二氧噻酚（ PEDT）為導(dǎo)電物質(zhì)，聚氨酯為主要成膜物質(zhì)在包裝材料（ PP）表面制備電子元件包裝用抗靜電薄膜，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)w(導(dǎo)電材料)大于24%時(shí)，表面電阻繼續(xù)降低為106Ω。隨著功能聚氨酯的迅速發(fā)展和科學(xué)家一直致力于杭菌劑的選擇和抗菌加工方法的研究, 抗菌聚氨酯研究也取得了許多成果,尤其近十年來隨著醫(yī)用聚氨酯材料的大量出現(xiàn), 抗菌聚氨酯材料的發(fā)展更加迅速。用а -叔胺基-W-羥基聚乙二醇對聚氨酯進(jìn)行封端, 并用鹵代烴進(jìn)行季銨化, 利用的抗粘附性能和季銨鹽的物理殺菌功能, 得到表面具有抗細(xì)菌粘附和永久殺菌雙重功能的新型聚氨酯。 用側(cè)鏈帶季銨鹽的二元醇作為擴(kuò)鏈劑, 合成了硬段側(cè)鏈帶有季銨鹽的聚氨酯, 這種材料具有永久的殺菌功能。功能聚氨醋材料必將成為新世紀(jì)聚氨酯發(fā)展的主流, 也必將對新世紀(jì)的高新技術(shù)如電子、生物技術(shù)、生命科學(xué)的研究產(chǎn)生極為深遠(yuǎn)的影響。

水性聚氨酯涂料的發(fā)展趨勢

      隨著環(huán)境保護(hù)、人體健康和對涂料質(zhì)量要求的不斷提高，高檔多功能水性聚氨酯涂料的發(fā)展勢在必行。隨著研究人員的努力，水性聚氨酯產(chǎn)品的技術(shù)和性能等已趨向成熟。然而，水性聚氨酯涂料也存在一定的不足，如耐水性差、水性聚氨酯涂料干燥速度慢、體系表面張力大、成本高價(jià)格貴等問題。聚氨酯涂料的發(fā)展趨勢為開發(fā)高性能、低能耗和無污染的聚氨酯涂料, 充分利用聚氨酯分子的可設(shè)計(jì)性，對聚氨酯進(jìn)行改性，使產(chǎn)品向高科技含量、高質(zhì)量、多功能性發(fā)展；雙組分水性聚氨酯涂料性能優(yōu)異，應(yīng)加強(qiáng)雙組分聚氨酯涂料的研究；提高水性聚氨酯涂料的固含量。發(fā)展中的水性聚氨酯涂料以其自身優(yōu)良的性能，正逐漸取代傳統(tǒng)的溶劑型涂料，在人們的生產(chǎn)生活中起到了越來越重要的作用，呈現(xiàn)出良好的發(fā)展前景。

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