水性聚氨酯涂料合成工艺探究

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1、水性聚氨酯涂料合成工艺探究　　摘要：介绍了制备水性聚氨酯涂料在聚合工艺上的改进措施(包括壳核乳液聚合、无皂乳液聚合、辐照聚合，互穿网络聚合)和研究进展(包括丙烯酸酯改性、环氧树脂改性及有机硅改性)，并指出了水性聚氨酯涂料的发展趋势。关键词：水性聚氨酯；聚合工艺；研究进展中图分类号：TQ328文献标识码：A引言水性聚氨酯是以聚氨酯树脂为基料、以水代替有机溶剂作为分散介质的新型高分子材料，不但保留了传统溶剂型聚氨酯的一些优良性能，还具有无毒、不燃、不污染环境及节约能源等优点。将水性聚氨酯用于涂料粘合剂时，织物使用性能与传统工艺相近，干湿摩擦

2、牢度、耐洗色牢度与未改性涤棉染色样品相当，甚至有所提高，更重要的是该类涂料粘合剂无甲醛释。因此，水性聚氨酯作为一种新型的环保型涂料粘合剂越来越受到人们的重视。图1聚氨酯的合成一、水性聚氨酯涂料研究进展7水性聚氨酯涂料是以水性聚氨酯树脂为基础，用水而非传统溶剂为分散质配制而成的涂料。水性聚氨酯乳液具有三大特点:其连续相为水相，故安全，易保管和C存，使用方便;成本低;较完整的保留了溶剂型聚氨酯的特性。进入21世纪后，水性聚氨酯涂料的应用面开始不断拓宽。国内一些生产水性聚氨酯的厂家开始将目光投向涂料领域，生产水性聚氨酯涂料的厂家也从20世纪9

3、0年代的不到十家增加到现在的几十家，该产业进入一个新的发展阶段。在PVC點结、汽车内饰、防止功能性整理、涂层等方面都有大量的工业化应用。随着世界范围内日益高涨的环保要求，更是加快了水性聚氨酯工业发展的步伐。目前水性聚氨酯涂料的发展思路主要集中在以下几个方面:一是与丙烯酸树脂进行共聚，形成以丙烯酸为壳，聚氨酯为核的共聚乳液，其综合性能优于纯聚氨酯乳液，在硬度和耐热性方面都有很大提高;二是合成水性紫外固化聚氨酯涂料，其性能甚至超过双组分的性能，和溶剂型涂料相媲美，适合流水线作业的大型家具厂;三是在合成原料上采用可再生资源例如植物油，废弃塑料

4、等制备多元醇，然后应用该多元醇合成水性聚氨酯，既可以节省资源，又可以改善涂膜性能。二、水性聚氨酯涂料的合成工艺（一）、无皂乳液聚合7无皂乳液是在反应过程中完全不加乳化剂或仅加入微量乳化剂(其浓度小于临界胶束浓度CMC)的乳液聚合过程。由于传统的乳液反应中存在小分子乳化剂，所制得的胶膜在使用时小分子乳化剂在聚合物与固体基体之间会迁移，这使得聚合物的粘合性变差，并且多余的乳化剂对材料的性能与环境都有负面的影响。无皂乳液聚合解决了乳液中多余的乳化剂的问题，可以避免涂料粘合剂使用时粘接不牢的缺陷。杨建军等采用无皂乳液聚合的方法用丙烯酸酯单体对含

5、C=C双键的水性聚氨酯进行接枝共聚改性，制得丙烯酸酯改性聚氨酯无皂乳液。该无皂乳液所得到的聚合物粒子为120~150nm，通过无皂乳液聚合方法制得的聚氨酯-丙烯酸酯乳液的贮存稳定性较好，该乳液涂膜在水中浸泡72h后的吸水率为19.1%，在碱中浸泡不溶胀，说明该涂膜的耐水性、耐溶剂性都得到了明显的改善，其的拉伸强度也从2.82提高到3.87MPa。王雪琴等通过无皂乳液聚合制备了丙烯酸酯改性聚氨酯乳液，通过常温密封保存，每隔半个月观察是否有浑浊、分层、沉淀现象来研究乳液的稳定性。实验结果证实了无皂乳液聚合可制得外观良好、贮存稳定的PUA复合

6、乳液。（二）、互穿网络聚合7互穿网络是两种或两种以上互不反应的高聚物分子相互贯穿而形成的网络体系，聚氨酯预聚体易与其他单体或聚合物混合，发生互不干扰的平行反应，得到性能优良的聚氨酯互穿网络。以互穿网络聚合法制得的水性聚氨酯/丙烯酸酯涂料粘合剂的各项性能都得到很大的改善，耐摩擦牢度比机械共混法提高0.5~1级，互穿网络结构导致复合体机械性能的变化，因而对其在织物上的耐久性有重要的意义。互穿网络聚合法比物理共混法制得的水性聚氨酯/丙烯酸酯聚合物的相容性好，提高了乳液的成膜性，将其用于涂料粘合剂，明显改善涂料织物的柔软性和耐磨性。但是该方法在

7、提高材料涂膜性能的同时也提高了生产的成本。因此，完善互穿网络聚合工艺是目前有待解决的问题。（三）、壳核乳液聚合壳核乳液聚合是将性质不同的两种或多种单体分子在一定条件下分阶段聚合，使颗粒内部的内侧和外侧分别富集不同的成分，通过壳核的不同组合，得到一系列不同形态的乳胶粒子。其典型工艺如图2所示。图2壳核乳液聚合工艺这种结构的乳液与普通均相结构的聚合物乳液相比，不仅能通过粒子设计，赋予聚合物优良的耐磨、耐水、粘接强度等性能，而且能很好地解决粘合剂的甲醛排放、焙烘温度高、黏辊和堵网问题，从而满足节能环保要求。壳核乳液聚合制备水性聚氨酯乳液通常是

8、用丙烯酸酯对聚氨酯进行改性制得：以丙烯酸酯或聚氨酯作为种子，加入另外一种单体溶胀聚合，制得丙烯酸酯为核、聚氨酯为壳的壳核型乳液，这种方法又被称为种子乳液聚合。与其他方法制备的壳核型聚合物乳液相比，种子乳液聚