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1、 水性聚氨酯涂料的应用研究目 录1、前言11.1 环保与水性涂料11.2 水性涂料存在的问题11.3 水性聚氨酯涂料的发展现状21.4 水性聚氨酯涂料的合成21.4.1丙酮法31.4.2预聚体混合法31.4.3熔融分散缩聚法31.5 水性聚氨酯涂料的改性31.5.1丙烯酸酯类及含乙烯基的单体改性41.5.2环氧树脂改性41.5.3有机硅氧烷改性41.5.4多元改性的方法41.5.5其它改性方法52、实验部分62.1预聚体混合法62.2性能测试73、结果与讨论73.1讨论73.2 结论104.1总结114.2展望114.2.1在建筑上的应用124.2.2在汽车上的应用124.2.3在木器家具上的
2、应用12参考文献13 第 I 页 共 13 页水性聚氨酯涂料的应用研究摘要:该文综述了水性聚氨酯漆的发展历史和特性，阐明了发展水性聚氨酯漆的价值和意义。并且对近几年国内外水性聚氨酯漆丙酮法、预聚体混合法、熔融分散缩聚法、酮亚胺/酮联氮法、保护端基乳化法进行了综合说明。另外对水性聚氨酯漆所存在的问题进行了总结，并阐述了环氧树脂、有机硅氧烷、丙烯酸酯类及含乙烯基的单体等对水性聚氨酯漆进行改性。最后对水性聚氨酯漆进行了展望并阐述拉在汽车上、在木器家具上和皮革涂饰的应用。关键词：水性聚氨酯 合成 改性 应用1、前言1.1 环保与水性涂料虽着涂料工业的发展，涂料的花色、品种、功能越来越多，分工也越来越细
3、，但在涂料的制造和施工过程中因有机溶剂的大量排放而对环境造成巨大的污染。为限制有机溶剂的排放，涂料的固体化、无溶剂化、水性化已呈发展趋势，业内人士广泛赞同的“4E”涂料（Economy，Efficiency，Ecology，Energy）即指上述涂料。其中，涂料的水性化是近年来发展十分迅速的一个领域，已有不少成熟的产品和技术在广泛使用1。 凡是用水作溶剂或者作分散介质的涂料，都可称为水性涂料。水性涂料包括水溶性涂料、水稀释性涂料、水分散性涂料（乳胶涂料）3种。水溶性涂料是以水溶性树脂为成膜物，以聚乙烯醇及其各种改性物为代表，除此之外还有水溶醇酸树脂、水溶环氧树脂及无机高分子水性树脂等。水性涂料
4、是指后乳化乳液为成膜物配制的涂料，使溶剂型树脂溶在有机溶剂中，然后在乳化剂的帮助下靠强烈的机械搅拌使树脂分散在水中形成乳液，称为后乳化乳液，制成的涂料在施工中可用水来稀释。 1.2 水性涂料存在的问题水性涂料的优点是显而易见的，但也存在着一些问题。水性涂料对施工过程中及材质表面清洁度要求高，因水的表面张力大，污物易使涂膜产生缩孔; 水性涂料对抗强机械作用力的分散稳定性差，输送管道内的流速急剧变化时，分散微粒被压缩成固态微粒，使涂膜产生麻点。要求输送管道形状良好，管壁无缺陷。水性涂料对涂装设备腐蚀性大，需采用防腐蚀衬里或不锈钢材料，设备造价高。水性涂料对输送管道的腐蚀，金属溶解，使分散微粒析出，
5、涂膜产生麻点，也需采用不锈钢管。烘烤型水性涂料对施工环境条件（温度、湿度）要求较严格，增加了调温调湿设备的投入，同时也增大了能耗。水性涂料水的蒸发潜热大，烘烤能量消耗大。阴极电泳涂料需在180烘烤；而乳胶涂料完全干透的时间则很长。水性涂料沸点高的有机助溶剂等在烘烤时产生很多油烟，凝结后滴于涂膜表面影响外观。水性涂料存在耐水性差的问题，使涂料和槽液的稳定性差，涂膜的耐水性差。水性涂料的介质一般都在微碱性（ph7.5ph8.5），树脂中的酯键易水解而使分子链降解，影响涂料和槽液稳定性，及涂膜的性能。1.3 水性聚氨酯涂料的发展现状聚氨酯是氨基甲酸酯树脂的简称，其分子中含有特征单元结构氨基甲酸酯（-
6、NH-CO-）。聚氨酯应用十分广泛，作为涂料具有良好的耐磨性、耐腐蚀性、耐化学品性、硬度大、高弹性等优点。 水性聚氨酯（PU）是水性涂料中很有发展潜力的一种，在很多领域都得到了广泛的应用，它包括单组分聚氨酯涂料和双组分聚氨酯涂料两种，是以水为介质的二元胶态体系，不仅具有无毒、不易燃烧、不污染环境、节能、安全可靠、不易损伤被涂饰表面、易操作和改性等优点；同时还具有溶剂型聚氨酯的一些重要的性能特征，使得它在织物、皮革涂饰及粘合剂等许多领域得到了广泛的应用。单组分水乳型聚氨酯的特征在于很高的断裂伸长率（达到800%以上）和较高的抗拉伸强度（达20MPa左右），但因其具有线型结构，分子中含有亲水基团，
7、其耐水性、耐溶剂性较差，应用受到了限制. 水性双组分聚氨酯涂料的应用领域基本上与溶剂型涂料相当，既可用于热敏材料（如木材、塑料）和不能烘烤的大型物件，也可用于诸如汽车类的烘烤物件.通过对报道的实验数据进行对比，表明，水性双组分聚氨酯涂料除了干燥时间稍长和适用期稍短外，涂膜的装饰性、机械性能、耐化学性和耐候性均可与溶剂型双组分PUR涂料相媲美。1.4 水性聚氨酯涂料的合成水性聚氨酷的制备方法通常可分为外乳化法和内乳化法两种.外乳化法是指采用外加乳化剂，在强剪切力作用下强制性地将聚氨酯粒子分散于水中的方法，但因该法存在乳化剂用量大、反应时间长以及乳液颗粒粗、最终得到的产品质量差、胶层物理机械性能不
8、好等缺点，因而目前生产基本不用该法2内乳化法又称自乳化法，是指在聚氨酯分子结构中引人亲水基团无需乳化剂即可使自身分散成乳液的方法，因此成为目前水性聚氨酷生产和研究采用的主要方法.内乳化法又可分为丙酮法、预聚体混合法、熔融分散法、酮亚胺/酮联氮法、保护端基乳化法。 1.4.1丙酮法 首先合成含-NCO端基的高粘度聚氨酯预聚体，加丙酮溶解，使其粘度降低，然后用含离子基团扩链剂进行扩链，在高速搅拌下通过强剪切力使之分散于水中，乳化后减压蒸馏脱除溶剂丙酮，得到水性聚氨酯分散液。 丙酮法易于操作，重复性好，制得的水性聚氨酯分子量可变范围宽，粒径的大小可控，产品质量好，是目前生产水性聚氨酯的主要方法。但该
9、法需使用低沸点丙酮，易造成环境污染，工艺复杂，成本高，安全性低，不利于工业生产。1.4.2预聚体混合法 首先合成含亲水基团及端-NCO的预聚体，当预聚体的相对分子量不太高且粘度较小时，可不加或加少量溶剂，高速搅拌下分散于水中，再用亲水性单体(二胺或三胺)将其部分扩链，生成相对分了量高的水性聚氨酯一脉。最终得到水性聚氨酯分散液。为合成低粘度预聚体，通常选择脂肪族或脂环族多异氛酸酷，因为这两种多异氰酸酷的反应活性低，预聚体分散于水中后用二胺扩链时受水的影响小。但预聚体混合分散过程必须在低温下进行，以降低-NCO与水的反应活性;必须严格控制预聚体粘度，否则预聚体在水中分散将非常困难,预聚体混合法避免
10、了有机溶剂的大量使用，工艺简单，便于工业化连续生产。缺点是扩链反应在多相体系中发生，反应不能按定量的方式进行。1.4.3熔融分散缩聚法熔融分散缩聚法又称熔体分散法，是一种无溶剂制备水性聚氨酯的方法。该法把异氛酸酯的加聚反应和氨基的缩聚反应紧密地结合起来。先合成带有亲水性离子基团和-NCO端基的聚氨酯预聚物，预聚物与尿素进行加聚反应得到含离子基团的端脉基聚氨酯双缩二脉低聚物。此低聚物在熔融状态下与甲醛水溶液发生缩聚反应和经甲基化应，形成含经甲基的聚氨酯双缩二脉，用水稀释后，得到稳定的水性聚氨酯分散液。该方法的特点:反应过程中不需要有机溶剂，工艺简单，易于控制，配方可变性较大，不需要特殊设备，因具
11、广阔的发展前景。但该法反应温度高，生成的水性聚氨酯分散体为支链结构，分子量较低。 1.5 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。 1.5.1丙烯酸酯类及含乙烯基的单体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树脂良好的附着力、耐候性有机结合,可制备高固含量、低成本
12、以及达到使用要求的WPU8国外学者已对聚氨酯-丙烯酸酯(PUA)复合乳液进行了较多的研究开发,国内近年也有研究者对复合乳液进行了探索性研究。曾小君等9采用共混法制取PUA,发现共混改性的涂膜性能有一定提高。 1.5.2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%-
13、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。1.5.3有机硅氧烷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。 1.5.4多元改性的方法除了上面3种经常使用的改性方法外，还有采用多元改性的方法，schipper 等开发的聚氨酯“丙烯酸酯”醇酸树脂三元共聚物为基体的改性的水性聚氨酯涂料兼具三种树脂的优势，具有很好的户外耐光性，流动性以及耐刮伤性能。Li Y
14、L 等的研究表明，随着聚硅氧烷含量的增加，材料的表面能降低的同时，相分离的程度也逐渐加剧，使得材料力学性能大大下降。李永清等3以TDI聚醚二元醇为主要原料制得NCO封端的预聚体，并按一定比例引入环氧树脂，氨丙基聚硅氧烷，多元胺固化剂，混合均匀。由于聚硅氧烷( 聚氨酯链与环氧树脂交联链缠结互穿，起到强迫互容的作用，从而降低了相分离的程度，于是得到一种新的PDMSPUEP 互穿聚合物网络（IPN ），制得的聚硅氧聚氨酯环氧三元共聚物具有很好的拉伸强度、疏水性能以及较低的表面张力。张晓镭等采用丙烯酸树脂（PA或PAr）、有机硅对水性聚氨酯进行改性，合成了一种有机硅丙烯酸酯聚氨酯聚合物。对各种合成条件
15、，如反应温度、NCOOH 比值、引发剂浓度、-COOH 用量、有机硅用量等因素对反应的影响进行了分析。结果表明：合成的聚合物综合利用了丙烯酸酯、聚氨酯、有机硅各自的优点，而且以水作分散介质符合了环保的要求。汪存东等合成了反应性的阴离子型环氧丙烯酸酯作为基料，但脆性、柔韧性差，鉴于聚氨酯丙烯酸酯与环氧丙烯酸酯的复合能够改善了涂膜的性能，另一方面由于阴离子型聚氨酯丙烯酸酯本身是一种高分子乳化剂，加入后可使疏水性的环氧(丙烯酸酯形成一种稳定的水分散体系，因此以聚氨酯丙烯酸酯作为乳化剂与环氧丙烯酸共混，通过紫外光固化制成了水性环氧“丙烯酸酯聚氨酯”丙烯酸酯的复合型水性涂料。1.5.5其它改性方法除上述
16、各种改性方法以外还有采用酪蛋白改性及SiO2TiO2复合纳米微粒改性的方法。酪蛋白是一种由凝乳酶从牛奶中沉淀出来的白色、无味、无臭的蛋白质，是制作奶酪的原料，也用来制作塑料、胶粘剂、油漆和食品。Wang NG 等通过改性酪蛋白的粒径和含量等手段将水性聚氨酯与酪蛋白进行物理共混或将酪蛋白接枝到聚氨酯分子链上。研究表明，化学接枝增加了聚合物的相对分子质量，而纳米级的共混可以提高大分子间的作用力。与单一的水性聚氨酯薄膜相比，改性后的PU 具有良好的机械性能，透光性能和相容性，在抗拉强度和断裂伸长率方面也有了显著地提高。SiO2TiO2复合纳米微粒在聚醚型聚氨酯水乳液中具有良好的分散性。力学性能测试表
17、明，加入质量分数为0.6%的SiO2TiO2纳米复合微粒时，其水性聚氨酯涂膜具有优良的力学性能。2、实验部分2.1预聚体混合法（1）基本原料药品级别生产厂家异佛尔酮二异氰酸酯（IPDI）工业级，Bayer 进口分装山东东营赛美克化工厂2,2-二羟甲基丙酸（DMPA）工业品山东东营赛美克化工厂聚乙二醇（PEG，Mw=1000）分析纯成都市科龙化工试剂厂1,4-丁二醇（BDO）分析纯成都市科龙化工试剂厂N-甲基吡咯烷酮（NMP）分析纯成都市科龙化工试剂厂，乙酸乙酯及三乙胺（TEA）分析纯成都市科龙化工试剂厂三乙醇胺（TELA）分析纯成都金山化工试剂厂催化剂-M、二正丁胺-甲苯溶液-实验室自配制蒸馏
18、水-实验室自配制（1）PU乳液的合成将已脱水的聚乙二醇（PEG-1000）、二羟甲基丙酸（溶于NMP）装入250 mL四口烧瓶中，温度调至60后，再加入异佛尔酮二异氰酸酯（IPDI）及少量催化剂-M（具体配方见表1），在氮气保护下，搅拌均匀，0.5 h后逐步升温至75，反应2 h后，加1,4-丁二醇（BDO）继续反应2.5h，反应过程中视体系黏度大小加入适量乙酸乙酯，当NCO值达到理论值终止反应（二正丁胺滴定法判断反应终点），得到聚氨酯预聚体。将聚氨酯预聚体加入到三乙醇胺的水溶液剪切乳化，整个乳化过程在冰水浴中进行4，温度控制在30 以下，待搅拌均匀后，逐滴加入三乙胺进行中和成盐，剪切乳化反应
19、40min，最后抽真空减压蒸馏脱除溶剂，制得水性聚氨酯乳液。（2）WPU薄膜的制备取一定量水性聚氨酯乳液均匀地涂覆于聚四氟乙烯板上，室温下自然干燥固化一星期，将制得的薄膜样品（厚度一般约为0.5mm）在50真空干燥箱干燥72h，然后置于室温干燥器中储存待用。2.2性能测试预聚反应过程中-NCO%（质量分数）：采用二正丁胺盐酸滴定法5测定。(1)乳液黏度：按GB/T2797-1995 测定。用NDJ9S数显黏度计测得各乳液在（250.5）下的黏度，每个试样测三次，取最小一个读数值，有效数三位。(2)贮存稳定性：通过离心机加速沉降试验模拟贮存稳定性。把样品放在AnkeTDL-40B型高速离心机中以
20、3000r/min的转速离心沉降15min后，若无沉淀，则认为有6 个月以上的贮存稳定期。(3)胶膜的耐水性：将充分干燥后的胶膜剪成50mm50 mm，称其质量（m1），然后将其在（153）的蒸馏水中浸泡24h后取出，用滤纸快速吸干乳胶膜表面水后称重（m2），则其吸水率：Water absorption/%=（m2-ml）/m1100%。 3、结果与讨论3.1讨论（1）原料水分的控制。预聚反应体系中水分控制在 0.5 mg/kg 以下。原料中所含水分过高，反应时会消耗一部分-NCO，并产生大量气泡，使黏度迅速增大，影响预聚反应。因此，聚乙二醇（PEG-1000）须加热至110 （0.1MPa）
21、抽真空脱水23 h；2,2-二羟甲基丙酸（DMPA）粉末使用前加热至110干燥5min；N-甲基吡咯烷酮（NMP），乙酸乙酯及三乙胺（TEA）使用前皆须用4分子筛浸泡一周。（2）反应温度和反应时间的选择。反应温度要合适，在初聚过程中，温度若过高，反应易过于激烈，发生副反应的可能性增大，导致体系黏度迅速增加，反应不够平稳，且乳化效果差6。实验表明, 预聚反应温度为6075，反应时间为45h较理想。（3）催化剂用量。 催化剂（二月桂酸二丁基锡和辛酸亚锡的混合物，按质量分数计各占50%）用量过多则反应较快，体系黏度急剧增大，反应不易控制；用量不足，催化作用不明显7。实验发现，催化剂用量为原料质量分数
22、的0.1 %1.0%较合适。（4）DMPA用量对乳液性能的影响WPU中的亲水基团-COOH是由DMPA引入的，它与碱性化合物中和成盐而使聚氨酯预聚体分散于水中。本实验固定n（NCO）/n（OH）值为1.05，改变DMPA的质量分数，合成了一系列的水性聚氨酯乳液（实验结果见表2.1） 。表2.1 DMPA 用量对水性聚氨酯胶黏剂性能的影响 编号DMPA/(mg/kg)乳液外观黏度/mPa.s吸水率/%剥离强度/(N25cm)贮存期P1P2P3P4P53.84.85.76.77.6淡黄不透明淡黄半透明淡黄半透明淡黄半透明蛋黄透明7087547818078537.2 8.09.410.611.3 8
23、3 90 101 95 926个月以上6个月以上6个月以上6个月以上6个月以上（5）DMPA 用量对WPU 稳定性的影响由表2.1得知，DMPA含量为3.87.6 mg/kg时，乳液外观皆为淡黄色乳液且贮存稳定期都大于6个月，而乳液透明度由不透明变为透明。其原因是随DMPA用量的增加，反离子 H+NR3相应地增多，而反离子H+NR3在WPU乳胶粒与水的界面上形成扩散双电层，则扩散双电层的电位越高，粒子间的斥力越大，颗粒越不容易聚集，所以乳液就越透明。而电位的高低，又取决于粒子表面电荷多少及双电层的厚薄。羧基含量越高，表面电荷越多，则 电位越高，乳液越稳定8。所以，当亲水性基团（-COOH）增多
24、，聚氨酯预聚体链段的亲水性提高，与水的界面张力减小，易于水分散，乳液外观及稳定性较好。（6）DMPA用量对胶膜吸水性的影响由表2可以看出，随着DMPA用量的增加，胶膜的吸水率呈现上升的趋势。这是由于胶膜浸入水中后，水分子容易被聚氨酯分子链上的亲水性基团（-COOH）所吸附。亲水性基团越多，聚合物分子链的亲水性越强，在水中越容易分散，贮存稳定性越好。若亲水性基团（-COOH）过多，则胶膜的吸水率增大过多，耐水性降低明显。（7）DMPA用量对黏度的影响由表2知，随DMPA用量的增加，乳液的黏度呈现上升的趋势。DMPA用量由3.8mg/kg增至6.7mg/kg时，黏度由705 mPa.s 增至807
25、mPa.s，而DMPA用量超过6.7mg/kg时黏度又较大幅度的增加为853mPa.s。这是因为聚氨酯乳液中-COOH的含量增加，使得乳液离子电荷数增加，聚氨酯链与水的氢键缔合作用增强。随着聚合物粒子的总表面积增加，被吸附的水合层量也增多，相当于增大了分散相的体积，双电层厚度，导致粒子移动阻力增大，从而乳液黏度上升9-10。（8）DMPA用量对剥离强度的影响由表2可以看出，随着DMPA用量增加，剥离强度呈非线性关系。当DMPA用量达到5.7mg/kg时，剥离强度达到最大值。这是因为-COOH含量增加，导致聚氨酯硬段含量增大，即氨酯基含量升高。同时-COOH具有较强的极性，它能与基材表面的极性基
26、团形成氢键，即形成粘接强度较大的接头，从而使剥离强度增大，此时的剥离属于内聚力的破坏；当DMPA用量超过5.7mg/kg时，聚氨酯硬段含量过高，致使分子链运动困难反而不利于剥离强度的提高。（9）N-甲基吡咯烷酮（NMP）对WPU性能的影响表2.2 NMP 对水性聚氨酯胶粘剂性能的影响WPU外观稳定性黏度/mPa.s吸水率/%剥离强度/(N/25cm)(A) 未加NMP(B) 以加NMP乳白色蛋黄半透明6个月后分层6个月不分层67478110.39.475101DMPA为固体粉末状，在非水溶剂中的溶解度很小，微溶于乙酸乙酯。 若采用直接加入法，易造成与反应物的混溶性不好、制得的品性能不稳定，所以
27、本实验采用溶液加入法，即将DMPA溶于NMP。NMP由于具有微溶于水、挥发度低、沸点高、热稳定性及化学稳定性均佳等特点，在水性聚氨酯乳液的合成过程中适量加入NMP，不仅可以使二羟甲基丙酸溶解使其在均相体系中进行反应，而且NMP沸点较高，脱除乙酸乙酯后大部分仍能残留于聚氨酯乳液中。由于乳液中残留有NMP，在乳液干燥阶段可以改善流延有利于成膜。为了考察NMP对乳液性能的影响，作者根据P3（表1）的配料采用以下途径加料：（A）未加NMP，（B）已加NMP（即样品P3），合成了两种水性聚氨酯胶粘剂并比较其性能。实验发现，与未加NMP合成的乳液相比，已加入NMP合成的聚氨酯乳液的黏度有所增大，胶膜的吸水
28、率降低，胶膜的剥离强度提高（见表2.2），测试结果与项尚林等12报道的一致。另外， NMP 类似表面活性剂，更多的排列分布在颗粒表面，这种排列在一定程度上提高了乳液的稳定性。表2. 水性聚氨酯胶粘剂组分及配方样品编号PDPEG组分DMPA（摩尔数）BDO TELATEA DMPA/(mg/kg)硬段含量%P1P2P3P4P50.1050.040.0200.0250.0300.0350.0400.040 0.0350.030 0.010.0250.0200.0160.0200.0240.0280.0323.84.85.76.77.642.542.742.943.143.31)样品的固含量pH分别
29、为4060mg/kg，79；2)中和度为80%即以-COOH（mol）含量的80%计3.2 结论采用PEG-1000、IPDI、BDO和DMPA等为主要原料，通过优化实验条件，确定了最佳的合成工艺，研究了影响乳液性能的因素，主要得出以下结论：（1）预聚反应体系中要严格控制水分质量分数0.5%以下；预聚反应温度为6075，反应时间为45h；催化剂质量分数在0.1%1.0%之间为宜。（2）DMPA用量在3.87.6mg/kg之间可获得比较稳定的乳液。随着DMPA用量的增加，胶膜的吸水率升高，乳液黏度升高，剥离强度先增加后下降，DMPA含量达到5.7 mg/kg时，剥离强度达到最大值，乳液性能最佳。
30、（3）在合成水性聚氨酯乳液的反应中，NMP的加入可以使反应在均相体系中进行，在干燥阶段可以改善流延有利于乳液成膜。与未加NMP合成的乳液相比，已加NMP合成的聚氨酯乳液的黏度所有增大，胶膜的吸水率降低，剥离强度也有所提高。（4）三乙醇胺引入到聚氨酯主链形成网状结构，在一定程度上可以提高聚氨酯胶粘剂的初粘力，并且对体系pH值影响不大。4、总结与展望4.1总结（1）随着水性聚氨酯更广泛、更深入的应用，对其性能的要求也进一步提高，今后的水性聚氨酯将朝着高科技含量、高性能、多功能性方向发展。（2）实践证明，环氧树脂、有机硅、丙烯酸酯以及纳米材料复合改性都可以很好地提高水性聚氨酯的综合性能。今后应进一步
31、加强复合改性技术的理论研究，深入研究各种因素对复合改性性能的影响，以便把产品做得更好。（3）还要充分利用聚氨酯分子的可设计性，探索新的合成方法和工艺，在聚氨酯链上引入特殊功能的分子结构，以获得具有更多功能的聚氨酯复合乳液。（5）同时应重视应用技术的研究，加速复合改性水性聚氨酯的生产和推广，这将具有重要的实践意义。 随着经济的发展和水性聚氨酯消费需求的增大，以及科研人员的努力，高性能的复合改性水性聚氨酯必将取得长足的发展。 4.2展望高性能与低VOC含量相结合的水性聚氨酯涂料具有广阔的应用前景。涂膜干燥时间短、外观好、耐溶剂性好的水性聚氨酯涂料在木器涂料领域占有大量的市场份额；涂膜外观美好、具有
32、良好的耐低温性和耐化学品性的水性聚氨酯皮革涂料，取代传统溶剂型丙烯酸皮革涂饰剂、硝基纤维素皮革涂饰剂，成为皮革涂料的主要品种。此外水性聚氨酯涂料还能应用于塑料涂料、工业涂料和腐蚀保护涂料，满足不同的性能要求。 随着对水性聚氨酯结构、性能、成膜过程的反应机理等进一步研究，结合新的水性多元醇聚合物的合成技术，水性聚氨酯涂料将会变得方便施工，涂膜性能易于设计和优化，以满足特殊用途。水性聚氨酯涂料的进展为：进一步完善和发展高性能无缺陷水性聚氨酯涂料体系；依聚氨酯分子的可裁剪特性，在聚氨酯链上引入特殊功能的分子结构如含氟、含硅聚合物链，赋予聚氨酯涂膜多功能性；在合成原料上采用可再生资源如植物油、松香及废
33、弃塑料制备多元醇，然后应用该多元醇合成水性聚氨酯，即可节省资源，又可改善水性聚氨酯涂膜性能。水性聚氨酯涂料具有良好的耐磨性、柔韧性、耐低温性、耐疲劳性，优良的粘附力，通过引人不同结构可得到性能不同的涂料（如醚键可提高涂层的弹性），应用非常广泛。 4.2.1在建筑上的应用作为地面涂料，当基质为水泥时，一般采用双组分潮气固化、催化固化聚氨酷涂料，这类涂料与水泥地面粘合性好，不会因基质微裂导致涂层开裂，而且一次涂刷即可得到较厚的涂层，涂层光亮、丰满，使用多年后性能仍然很好;当基质为木地板时，涂装用的水性聚氨酯涂料一般为多官能团芳香族异氰酸酯自聚体与脂肪酸改性交联聚酷制成的双组分涂料，具有快干、耐磨擦
34、、耐化学腐蚀等优点。外墙涂料要求具有良好的耐光、耐候性，一般采用以缩二脉作交联剂的聚氨酯涂料，它具有快干、机械性能与耐化学品性能好的特点。据统计，“九五”期间，我国每年新建住宅10-12亿平方米，其中50%的公用建筑用涂料装饰，加上私人装修，估计2010年大约需建筑涂料1 Mt，建筑涂料市场可谓极其广大。 4.2.2在汽车上的应用我国汽车工业正处在成长时期,汽车涂料的需求量大。从现代环保要求角度考虑,水性化是汽车涂料的发展趋势。欧美国家已完成汽车漆水性化的50%以上,日本已完成研究工作并有少量应用。现在许多汽车制造商都指定要求在汽车内部配件上使用水性聚氨酯涂料以满足环保法规的要求。如通用汽车(
35、GM)指定美国最大的仪表板生产商Delphi为其GMT800和GMT425汽车选用水性聚氨酯内部涂料。 4.2.3在木器家具上的应用木器涂料是涂料工业的重要组成部分,是指用于实木板、木纹面板、胶木板、纤维板等原材料制备的器材上的涂料,主要适用于家具、地板、文体用品、乐器及建筑装修材料等4。目前,高性能和低VOCs含量相结合的水性聚氨酯涂料,由于聚氨酯分子具有裁剪性,结合新的合成和交联技术,可以有效控制涂料的组成和结构,从而使其具有良好的低温成膜性、耐高温回黏性、高强度、耐磨性、环保性等,因此成为发展最快的涂料品种之一。如北京国家游泳中心即“水立方”的艺术地坪所使用的就是拜耳材料科技公司提供的水
36、性聚氨酯涂料。 参考文献1王文军，岳彩艳，李红旭，等.水性聚氨酯胶粘剂的研制J.中国胶粘剂， 2005， 14 （5）： 10-13.2 李永清,郑淑贞，朱锡，有机硅嵌段改性聚氨酯/环氧树脂互穿网络聚合物的研究.分子材料科学与工程，2005，21（3）：129-1323张向宇.胶黏剂分析与测试技术M.北京：化学工业出版社，2004. 4王化举.催化剂用量对聚氨酯胶粘剂粘接性能的影响J.化学推进剂与高分子材料， 2000， 5： 30-31.5胡国文，沈慧芳，杨清峰，等.聚氨酯-丙烯酸酯复合乳液的合成与表征J.华南理工大学学报（自然科学版）， 2007， 35（6）： 64-70.6吉婉丽，龚燕燕，夏德慧，等.聚醚型水性聚氨酯胶黏剂的研究J.化学与粘合， 2007， 29 （5）： 332-335.第 13 页 共 13页