水性聚氨酯涂料改性研究进展下 [复制链接]

（接上回）

2

无机纳米材料改性

纳米材料具有表面效应、小尺寸效应和宏观量子隧道效应，表面活性高，光吸收性能好等优点，与聚氨酯复合可显著提高材料的耐老化性，耐磨性和硬度，目前对水性聚氨酯纳米改性的方法主要是纳米材料机械共混．BIN等采用硅烷偶联剂KH改性纳米CaCO3，并用红外光谱仪及透射电子显微镜确认了纳米CaCO3被KH成功改性，但是纳米CaCO3导热率没有被KH影响．用粗糙仪和亮度计来测量有大量纳米CaCO3复合涂料的粗糙和光泽程度，结果表明被KH改性的纳米CaCO3提高了纳米CaCO3在聚氨酯基体上的分散．用热重分析仪测试该聚氨酯涂料的热稳定性，结果表明随着纳米CaCO3质量分数的提高，改性纳米CaCO3聚氨酯涂料的热导率得到提高．

KIMA等通过自由基聚合将碳酸钙，二氧化钛和黄土混入传统型PUA中，制备了环保型PUA地砖复合薄膜．研究表明，随着多元醇的相对分子质量减少，PUA薄膜的弹性增强，玻璃化转变温度也提高．接触角实验表明了非金属颗粒的加入导致复合涂料的疏水性增加，这一特性足以让PUA复合材料应用于环保型地砖的涂层材料．

在防腐聚合物涂层中添加纳米颗粒可以显著提高聚合物物料的保护能力．AKBARIAN等研究了氯化钠溶液里的低碳钢表面聚氨酯涂料上银纳米颗粒对防腐性能的影响．在高固含量的聚氨酯涂料中添加银纳米颗粒，在防腐性能上没有显著变化．而在水性聚氨酯涂料中加入银纳米颗粒使得涂层退化．用扫描电子显微镜从涂料薄膜的横截面观察显示，在高固含量的聚氨酯涂料中添加银纳米颗粒，没有发生明显的结构性变化；而在水性聚氨酯涂料中有退化现象．用红外光谱分析显示，与高固含量涂料相比，水性涂料的羰基组分大大减少，这可能是由于在水中异氰酸酯基的分解．含有银纳米颗粒羰基组分阻止分散的氯离子反应，提供了一个稳定的复合物．水性涂料羰基组分含量低可能是含银纳米颗粒水性涂料退化的原因．目前的工作表明用银纳米颗粒加入高固含量的聚氨酯涂料，不用担心在腐蚀环境中有损失，而加入水性聚氨酯涂料的最好用在远离氯腐蚀的条件下．

FANG等以聚丙二醇为基础研制出混入纳米颗粒和低结晶化的水性聚氨酯．实验表明，当硬段和软段的物质的量之比为4或5时，水性聚氨酯有最良好的性能．随着该比率的增加，水性聚氨酯的相对固含量、粘度、酸值、电解质和储存稳定性增加．硬段和软段的比率是4时，水性聚氨酯粒子有最小的粒径分布，直径77nm，具有最好的热稳定性和贮藏稳定性，相对固含量高，粘度低，适宜的酸值和结晶度，耐水性好，这一结果表明纳米改性的水性聚氨酯涂料在水性油墨粘合剂方面有广泛的应用．

3

植物油改性

植物油脂具有价格低廉，来源广泛，种类繁多等特点．它是由脂肪酸和甘油化合而成的天然化合物，其结构中含有不饱和脂肪酸侧链，以它为原料合成聚合物材料有许多优点．首先，植物油中含有多羟基和不饱和双键结构，易与异氰酸根进行交联反应，易与丙烯酸脂类单体聚合进一步改性．其次，羟基、酯基、双键等结构使植物油更容易改性，从而制备性能更优异的水性聚氨酯涂料．ASHOK等制备出以印楝油聚醚酰胺为基料的天然环保的聚氨酯涂料．在制备的过程中，印楝油首先与二乙醇胺反应，然后用双酚－Ａ改性脂肪酰胺制得聚醚酰胺，再用亚甲基二苯基二异氰酸酯反应制得聚氨酯涂料，使用硅烷偶联剂合成并改性加入的TiO2纳米颗粒．用相应的标准仪器表征所得产物的性能，发现纳米TiO2的加入明显的提高了涂料的光泽度、铅笔硬度、耐化学性和热稳定性．以印楝油聚醚酰胺为基料的聚氨酯涂料有很好的前景，甚至有可能替代石油基的涂料．

FU等同样利用蓖麻油改性的二异氰酸酯和蓖麻油基羧酸亲水性扩链剂制备出一种新型的完全生物性的水性聚氨酯分散体．先通过硫醇耦合作用和柯提斯重排制备出蓖麻油衍生的十一碳烯酸合成新的线性终端饱和的二异氰酸酯，再与蓖麻油及蓖麻油基羧酸亲水性扩链剂反应．亲水扩链剂由蓖麻油和3－琉基丙酸制得．该水性聚氨酯产品具有良好的耐热性和疏水性，可能作为石油基的涂料合适的替代品．相似的，GAO等也利用蓖麻油和聚乙二醇制备了水性聚氨酯，产品有很好的生物相容性．

SARIAH采用麻风树油为基础的多元醇和IPDI合成环境友好型聚氨酯分散体．制备的分散体的粒径从53nm到1.2nm广泛分布，随着麻风树油的－OH数量的增加，硬段组分和DMPA组分增加．麻风树油涂料薄膜在最低降解温度℃有良好的热稳定性，此外，它的杨氏模量值从1到28MPa，抗拉强度从1.8到4.0MPa，断裂伸长率从85％～％不等．这些特性使得该聚氨酯分散体在木材粘合剂和装饰涂料中有很好的应用前景．

4

结论与展望

水性聚氨酯的改性研究虽有很大进展，但仍需要加强进一步的研究．比如从基础研究方向，人们对改性过程中微观反应机理，结构和性能之间的关系有待进一步说明，这些需要在今后的研究中用现代分析测试技术去表征认知．在工业应用方面，如何降低生产成本，提高性价比，与溶剂型涂料竞争方面占优势等，是促进水性涂料得以广泛应用的保证．

（全文完）

徐梦达１，宋群立２，柴　云１，任艳蓉１，张普玉１

（１．河南大学化学化工学院，精细化学与工程研究所；２．许昌幼儿师范学校）

(看全文