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水性聚氨酯涂料综述

1水性聚氨酯涂料的发展历程

聚氨酯涂料具有优异的耐磨蚀、柔韧性、附着力和耐化学品性等性能，

广泛用作木器漆、建筑涂料、汽车漆及防水涂料等。但由于溶剂型涂料含

有大量有机溶剂，严重污染环境，特别是溶剂型双组分聚氨酯中的残留异

氰酸酯单体，毒性极高。随着人类生活质量的提高，环保法规也越来越严

格，各种环保条例对挥发性有机化合物(VOC)的排放量、有害溶剂的含量

都有严格限制。而水性聚氨酯由于其以水为分散介质，不仅具有无毒、不

易燃烧、不污染环境、节能、安全可靠等优点；同时还具有溶剂型聚氨酯

的一些重要的性能特征，水性聚氨酯涂料将聚氨酯涂膜的硬度高、附着力

强、耐腐蚀、耐溶剂好等优点与水性涂料的低VOC含量相结合，符合发展

涂料工业的“三前提”(资源，能源，无污染)及“四E原则”(经济

ECONOMY，效率EFFICIENCY，生态ECOLOGY，能源ENERGY)和日益强化的

时代要求相适应。因此近年水性聚氨酯涂料获得了广泛的应用。

聚氨酯从20世纪30年代开始发展,而在40年代才有少量水性聚氨酯

的研究,1943年德国化学家Schlack在乳化剂及保护胶体存在下,将二异

氰酸酯在水中乳化首次成功制备出聚氨酯乳液。1953年DuPont公司的

研究人员将二异氰酸酯基团聚氨酯预聚体的甲苯溶液分散于水,用二元胺

扩链,合成了水性聚氨酯。但是当时聚氨酯材料科学刚刚起步,水性聚氨酯

还未受到重视,直至1967年才首次工业化,1972年拜耳公司正式将聚氨

酯水分散体作为皮革涂料进行大批量生产。20世纪七八十年代,美、德、

日等国的一些水性聚氨酯产品已从试制阶段发展为实际生产和应用,一些

公司有多种牌号的水性聚氨酯产品供应,如德国Bayer公司的

DispercollKA等系列、美国Wyandotte化学公司的X及E等系列、日本

光洋产业公司的水性乙烯基聚氨酯胶黏剂KR系列等等。自20世纪90年

代后期,水性聚氨酯的应用领域开始不断拓宽,在PVC黏结、汽车内饰件、

涂层、涂料等方面都有一定的工业化应用。

我国从1972年开始研究水性聚氨酯,20世纪90年代,安徽大学、丹

东轻化工研究院、成都科技大学(现四川大学分部)等的PUD技术成果都先

后被转化[5]。目前,我国已有不少领域应用水性聚氨酯产品,但其中许多

高档产品仍然不能自给,因此自主研发高性能水性聚氨酯就成为国内聚氨

酯领域最热门的方向之一

2水性聚氨酯涂料的改性

为了更好地提高水性聚氨酯涂料的综合性能,克服其自身存在的耐水

性差、固含量低等缺点,扩大其应用范围,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,改性方法也日新月异。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、

有机氟改性、丙烯酸酯改性、纳米材料改性、复合改性等。

2.1环氧树脂改性

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、成本低,还具备高模量、

高强度和热稳定性好等特点,经环氧树脂改性的水性聚氨酯其力学性能、

黏结强度、耐水、耐溶剂等性能都会得到提高。文秀芳等[6]制备了防腐

涂料用环氧改性水性聚氨酯,环氧树脂的加

入显著地提高了涂膜的耐水性、耐化学品性、硬度和拉伸强度,其适

宜的用量为8%-9%,并通过傅立叶红外光谱研究分析了涂膜的氢键化行为。

不同的改性方法制备的环氧改性聚氨酯会具有不同的性能。

2.2有机硅改性

有机硅聚合物分子结构中含有元素硅,具有耐低温、耐气候老化、电

绝缘、耐臭氧、生理惰性许多优异性能。有机硅改性水性聚氨酯以弥补水

性聚氨酯耐水性稍差的缺陷,使改性聚氨酯表现出良好的憎水性、表面富

集性、低柔顺性和优良的生物相容性。

2.3有机氟改性

由于氟原子半径小,电负性强、碳氟键的键能高,因此赋予了氟涂料极

好的耐辐射性、柔韧性、耐磨性、高抗张强度、高耐候性、耐化学品性

[7],已经在建筑幕墙涂料、耐酸雨涂料、耐温防腐涂料、防污涂料和汽车

面漆方面得到应用。

2.4丙烯酸酯改性

丙烯酸酯改性水性聚氨酯可以将聚氨酯较高的拉伸强度和抗冲强度、

优异的耐磨性与丙烯酸酯