单组分水性聚氨酯涂料的特性及研究进展

　　油性聚氨酯(PU)涂料以其优异的机械性能、耐水性、耐溶剂性等优点在涂料行业中占有重要的地位。但是，近年来随着人们环保意识和健康意识的增强，使得含有液体有机填料PU涂料的应用受到了极大限制。为此，开发一种不含液体有机填料的PU涂料成了迫切需要。目前对能满足这种性能要求的PU涂料研究最多的是单组分水性聚氨酯(WPU)涂料，其最大优点是以水为分散介质，作为涂料使用时不含液体有机填料，在成膜过程中只是水分挥发到环境中，符合环保的要求，且施工简单。
　　
　　单组分WPU涂料从所使用的原料上可分为聚醚型WPU涂料和聚酯型WPU涂料。相比较而言，由于聚醚的亲水性较强，导致聚醚型WPU膜在耐水性方面存在不足，影响其在防水涂料方面的应用，使用蓖麻油和三元聚醚参与反应可以使膜的耐水性得到一定的改善；聚酯型WPU存在水解不稳定的问题。单组分WPU涂料从引入亲水基团的类型分为阳离子型WPU涂料和阴离子型WPU涂料。但是在实际的合成过程中，往往使用其它聚合物对其进行改性，以提高力学性能、耐水性、耐溶剂性等性能。本文将从阳离子型WPU涂料、阴离子型WPU涂料和改性WPU涂料三个方面对WPU涂料的研究进展进行阐述。
　　
　　1阴离子型单组分水性聚氨酯涂料
　　
　　单组分WPU涂料的制备过程通常是先合成预聚体，然后在PU分子链上引入亲水基团，最后进行中和、乳化等。
　　
　　阴离子型WPU乳液通常以有机酸作为亲水剂引入PU分子链中，然后以碱为中和剂中和成盐，在去离子水中通过机械搅拌分散，形成PU水乳液。常用的有机酸为亲水性较强的二羟甲基丙酸(DMPA)、酒石酸等。有机酸和碱的种类及用量以及预聚体中NCO/OH比值都对乳液的性能和膜的性能有较大的影响。
　　
　　研究者用聚酯(Mn=1000)和甲苯二异氰酸酯(TDI)进行预聚反应，预聚体中-NCO/-OH小于1.1时，得到的预聚物分子量较大，粘度也较大，乳化后得到的乳液粒径较大，乳胶膜的强度较小；随着-NCO/-OH比例的增大，涂膜由软变硬，强度由小变大，断裂伸长率逐渐降低。综合考虑满足各种性能的需要，预聚体中的-NCO/-OH在1.1～1.3为宜[1～4]。另有研究者用聚醚二元醇与TDI合成的预聚体中-NCO/-OH为2.2，以此预聚体制得的乳液和涂膜的性能都较好。
　　
　　羧基(-COOH)含量的多少直接影响PU分子链的亲水性和涂膜的耐水性。随着-COOH含量的增加，分子链的亲水性增加，但是-COOH的含量过大时，涂膜的耐水性变得非常差，-COOH含量(聚合物总质量)为4.4%左右时，涂膜可在水中完全溶解。研究表明，-COOH含量在1.4%～1.6%所得产品性能和外观都较好，随着-COOH含量的增加，分散体的粘度上升[1,6]。另有研究者对异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)和聚四亚甲基二醇(PTMG)体系的研究结果表明，在该体系中-COOH的含量为2.0%～2.4%时乳液的性能最好[5，7]。除了DMPA的含量影响乳液的性能外，DMPA的加入方式也影响乳液的性能。研究表明，采用DMPA溶解加入分步预聚法可以合成出储存稳定、涂膜机械性能良好的乳液。WPU的制备中除了DMPA可作为亲水剂外，还可以酒石酸为亲水剂，所制得的乳液稳定性也较好。

来源:慧聪涂料网