摘 要：本文概述了水性聚氨酯涂料的制备方法主要介绍了水性聚氨酯的种类和各自所具有的优点。简单的描述了当今社会该涂料的应用领域。最后根据研究现状，指出水性聚氨酯涂料具有广阔的市场前景。 关键字：水性聚氨酯涂料；制备方法；单组分水性聚氨酯涂料；双组分聚氨酯涂料；应用领域；发展前景
Research progress of Waterborne Polyurethane Coatings
Abstract: This paper provides an overview of the preparation of waterborne polyurethane paint method mainly introduces water-borne polyurethane types and advantages. A simple description of the current society the coating application. According to the research present situation, pointed out that the waterborne polyurethane coatings has broad market prospects
Keywords: waterborne polyurethane coating; preparation method; single component waterb
orne polyurethane coating; polyurethane coating; application; development prospects
0 引言
聚氨酯（PU）涂料是20世纪60年代发展起来的高档耐用的合成树脂涂料，具有优良的附着力、耐化学品、装饰性和耐磨性能，广泛应用于木器家具漆、地板漆、汽车修补漆、防腐涂料和特种涂料。国内生产商主要集中在华东和中南沿海城市，其中江浙沪产量增值最快，华东地区PU涂料产量约占全国PU涂料产量的80%。
随着社会的进步、科技的发展和人们环保意识的提高，研究人员月来月重视开发具有环保性能的PU产品，水性聚氨酯（WPU）就是近年来关注和研究的热点之一。WPU是以水为分散介质的二元胶系，与溶剂型PU相比，具有无毒、不易燃烧、不污染环境等优点。将水作为涂料的溶剂不仅降低了涂料的成本，而且大大降低了有机挥发物（VOC）的排放，符合当今世界环保的要求，所以水性涂料得以迅速发展。 1 制备方法
聚氨酯(PU)乳液是PU粒子分散在水介质中的二相胶体体系。1942年，德国的P. Schlack在
乳化剂和保护胶的存在下，通过剧烈搅拌将二异氰酸酯分散于水中并添加二胺，成功地研制出PU乳液。1967年PU乳液首次出现在美国市场，20世纪70～80年代，美、德、日等国的一些PU乳液产品从试制阶段发展为工业生产和运用，有多种牌号的PU乳液产品供应。美国用量最大的水性木器漆为聚氨酯水分散体，1998年美国聚氨酯水分散体的消耗量为4000万磅(约1．8万t)，其
中大部分用在木器漆上。水性PU按制备方法可以分为外乳化型和内乳化型。前者是最早的水性PU产品，1953年美国Du Pont公司的Wyandott合成了PU乳液，其制备工艺是在有机溶剂中，先合成了带有—NCO封端的预聚体，再加入适当的乳化剂，在强剪切力作用下分散于水介质中，并用二元胺进行扩链，但因存在乳化剂用量大、反应时间长以及乳液颗粒较粗而导致稳定性差、成膜性及涂膜性能等
都难以达到应用要求，目前已很少采用[制。另一种是内乳化法，即在制备PU过程中引入亲水性成分，在不添加乳化剂的条件下分散在水中。2 0世纪60年代初期Dieterich等开发了内乳化法，在PU链段中引入亲水性成分，具有过程不要求强剪切力、可得到稳定的较细的分散颗粒、耐水性及耐非极性溶剂的能力增强等优点，己成为目前运用最广的制备PU乳液
的方法。制各水性PU分散体的方法，其共同特点是首先制备相对分子质量中等，端基为一NCO的PU预聚体，不同之处在于扩链过程。各种方法的工艺及其特征见表这些方法获得的水性聚氨酯涂料，可分为单组分、双组分两大类型。
2 单组分水性聚氨酯涂料
水性聚氨酯分散体(PUDS)作为聚氯酯涂料工业的一个方面IE住迅速地发展，由技术上的突破，使PUDS能有颦代替溶剂型聚氨酯体系，广泛用于木材、塑料、铝材钢铁、石料、纸、织物、皮革、玻璃等领域。美国PEDS的市场销量1994年已超过22700 t，而且每年H约12％的速度增加。
具有商业价值的PUDS有=种：第一种是含羧酸根或硫酸根的阴离子PUDS，通常在pH>7条件下足稳定的；第二种是季铵阳离子PUDS，在pH<7条件下是稳定的；第三种非离了型的PUDS，住较宽的pH值范围是稳定的PUDS的籼径在0．01～5．0微米，不含游离异氰酸酯单体，其VOC接近于零，可制得固体分在30％～65蜂窝网％和涂膜硬度范围较宽的涂料。按涂料的成膜方式，水性PU涂料可分为热塑性和热固性两类。
2.1独裁国家 热塑性水性PU涂料
制备热塑性水性PU涂料的关键在于采用合理的工艺制备稳定的PUDS。通常的制法是低分子量二元醇聚合物(聚酯、聚醚、聚碳酸酯)、二羟甲基丙醇(DMPA)与二异氰酸酯单体(TDI、IPI)I、HMDI等)反应，其反应产物带一NCO和一商城县卫生局COOH，然后用叔胺中和，分散在水中，再用二元胺(水合肼、乙二胺、己二胺等)扩链可以得到分子量较高的水分散体。分散体的粒径大小主要取决于DMPA的含量和pH值。在制备过程中，为保持体系一定流动性以便于水分散，通常加入乙酸乙酯、丙酮或NHI基吡咯烷酮类溶剂，扩链后可部分或全部抽出有机溶剂。
也有用非离子表面活性剂与DMPA拼用来稳定分散体的，也一j-只用非离子表面活性剂来稳定分散体，在较宽DII值范围内不影响稳定性，有资料撤道，先制备聚氨酯分散体，然后与内烯酸单体进行乳液聚合，冉与聚氨酯分散体形成接枝共聚体。也有直接将丙烯酸乳液与PUDS进行混合，用于纸张、术器涂布。复配乳液的最『氐成膜温度比纯丙烯酸乳液的低，且价格也低于纯PUDS，但抗张强度，耐磨性和耐冲击性比纯PUDS稍低。荷兰Dyflex公司生产的I)Dyflex LP 9830和英国Zeneca公司乍产的Neopac E110和E115等都属于丙烯酸改性的聚氨酯分散体，专用于木器家具涂料。
另有报道，采用聚氨酯与环氧树脂接枝合成环氧改性聚氨酯乳液。
采用上述的PUDS或改性PUDS加人颜填料、分散剂、聚结剂、消泡剂、流甲剂，防腐剂等制成热塑性水性PU涂料。
2．2 热固性水性PU涂料
Lan Rimmer等报道了用3,5-二甲基吡唑封闭HDI二聚体，再用表面活性剂改性，得到在水中分散稳定的封闭体，商品名为Trixen BI 7986。该封闭体与羟基官能团丙烯酸共聚物乳液配合，用水解稳定性比二丁基二月桂酸锡更好的烷基硫醇锡盐为催化剂，可在125°C／10 耦合度min条件下固化。产品用于OEM汽车罩光漆。
另一种热固性的PU涂料足聚氨酯水分散体与水溶性三聚氰胺树脂或脲醛树脂，其可烘烤交联成膜，其耐化学性、抗划痕性和光泽较优异，耐酸雨性比水性丙烯酸氨基烘漆好。也有用偶丙啶、碳化二亚胺或锆盐等作PUDS的交联剂，室温下可交联成膜，但必须分装贮存。
3 双组分水性聚氨酯涂料
尽管目前国内外生产的水性聚氨酯涂料几乎都是单组分聚氨酯涂料，但由于单组分水性聚
氨酯涂料的涂膜性能不够理想，且实际应用中，有时为了满足高强度的需要，常采用对单组分水性涂料的涂膜进行一些比如烘烤等后处理，以提高膜的交联度。由于这些后处理使得其应用范围受到很大的限制，所以现在对双组分水性聚氨酯涂料的开发与研究已变得十分活跃。这一领域中处于领先地位的有Bayer公司、0ECE公司、Miles公司等。如BASF公司研制的高性能双组分水性聚氨酯清漆和底漆，具有极好的综合性能，现已成功地用于OEM涂装。
常规的双组分水性聚氨酯涂料由含有活泼异氰酸基团的固化剂A组分和含有可与异氰酸基团反应的活泼氢(羟基)的水性多元醇B组分两部分。
组分A：即含活泼异氰酸根(—NCO)组分，同时须具有较低的粘度，能在水中迅速分散的特性。由于多异氰酸酯单体具有较大的挥发性、刺激性和毒性，所以在制备聚氨酯涂料时，很少直接使用多异氰酸酯单体，而是利用多异氰酸酯的预聚体。所谓多异氰酸酯的预聚体就是指多异氰酯的二聚体、三聚体或是它与羟基化合物生成的低分子量的聚合物，预聚体具有低挥发性及贮存稳定性，且粘度小，利于改善产品的涂布性能。常用的预聚体有：TDI三聚体和TDI—TMP的加成物；HDI—TMP加成物和HDI的二聚体；HDI三聚体；MPDI
三聚体等，其中HDI三聚体的应用最广，且性能特别优异。目前市场上比较好的水性聚氨酯交联剂的产品有Bayer公司的交联剂如：脂肪族聚异氰酸酯DesmodurDA，脂肪族聚异氰酸酯De smodurXO一67 1，芳香族聚异氰酸酯DesmodurX0—672。BASF公司的交联剂Rodia公司的交联剂如：亲水性异氰酸酯WT2102，WT2092，聚异氰酸酯、H．B．Fuller公司的交联剂如UR—100等，还可以用芳香族聚异氰酸酯的交联剂(COMPl)，碳化二亚胺类交联剂(COMP2)，及水分散型环氧交联剂(COMP3)等。
组分B：双组分水性聚氨酯涂料的多元醇体系必须具有分散功能，能将憎水的多异氰酸酯体系很好地分散在水中，使得分散粒径足够小，保证涂膜具有良好的性能。双组分水性聚氨酯涂料的多元醇有分散体型多元醇(粒径小于0．08 u m)和乳液型多元醇(粒径0．08—0．5 u m)。乳液型多元醇的制备采用乳液聚合技术．具有工艺简单、成本低的优点；乳液型多元醇的分子量较高，对多异氰酸酯固化剂的分散能力较差；为了改善涂膜的外观，必须采用亲水改性的多异氰酸酯固化剂，或采用高剪切力混合设备。
根据化学结构，分散体型的多元醇可分为聚酯分散体多元醇、丙烯酸分散体多元醇和聚氨酯分散体多元醇。丙烯酸分散体多元醇具有较低的分子量，较高的羟基官能度，配制的涂
膜交联密度较高，具有良好的耐溶剂性、耐化学品性和较好的耐候性，但涂膜的干燥速度较慢，如NeoResin公司的NeoCryLXK 110。聚酯分散体多元醇配制的双组分涂料具有良好的流动性：．涂膜光泽较高，适用于配制高光漆，其缺点是聚酯分子链的酯键易水解，聚合物链易产生断裂。聚氨酯分散体多元醇配制的双组分涂料具有优异的物理力学性能和耐化学性能，而且可通过调整氨基甲酸酯键的浓度来裁剪涂膜性能。因此，聚氨酯多元醇分散体是理想的双组分聚氨酯涂料的羟基组分。
4 水性聚氨酯涂料的应用
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逐渐被广泛用作建筑涂料、汽车涂料、塑料涂料、工业涂料和腐蚀保护涂料，满足不同的性能要求。
5 水性聚氨酯涂料的应用与展望
高性能与低VOC长恨歌主题含量相结合的水性聚氨酯涂料具有广阔的应用前景。以脂肪族异氰酸酯为交联剂的新型双组分水性聚氨酯涂料，涂膜干燥速度快，光泽高，外观好。具有良好的力学性能%耐化学品性能和耐侯性等VOC含量相当于溶剂双组分聚氨酯涂料的人民健康的忠诚卫士20%可取代溶剂型双组分聚氨酯涂料广泛应用于汽车面漆，汽车修补漆，木器涂料，皮革涂料。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。
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议