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改性水性聚氨酯涂料的研究进展
改性水性聚氨酯涂料的研究进展
随着对环境保护要求的不断提高和施工技术的进步，水性涂料逐渐取代了传统有机溶剂型涂料而成为建筑涂料市场的主流。而作为一种高性能、高固含、耐热、耐化学腐蚀以及可塑性强的涂料，水性聚氨酯涂料因其独特的化学结构和良好的性能，也逐渐受到了业界的青睐。
然而，水性聚氨酯涂料在实际应用中，由于其固含量低、干燥性能差、硬度较低、柔性较差等问题，影响了其在工业涂装、汽车涂装、防腐涂装等领域的广泛应用。为此，近年来，学术界和产业界对水性聚氨酯涂料进行了各种改性研究，以提高其性能，拓展其应用范围。本文将从改性水性聚氨酯涂料的物理性质、化学结构以及应用领域等方面进行探讨。
一、改性水性聚氨酯涂料的物理性质改良
固含量的提高是改性水性聚氨酯涂料必须要解决的问题。目前，提高聚氨酯涂料固含量的措施主要有几种，一种是通过改变树脂结构，使其骨架长链化；第二种是通过共聚物改性，将硬化剂、增塑剂等加入到聚氨酯中，以提高其固含量；第三种是通过溶剂挥发、水分子蒸发等方式快速使涂膜成膜，从而提高固含量。例如，郝俊等人研究了一种以环氧树脂为主体、共聚了聚脂二元醇和亚油酸甘油酯的水性聚氨酯涂料。通过将亚油酸甘油酯复配进聚脂二元醇中，利用它的双键反应和水聚氨酯的直链链延长反应，使涂料的分子量提高了22.5%，固含量Mn由2912提高到了3831。研究结果表明，将共聚物加入到聚氨酯中有助于提高其固含量。
其次，为了解决水性聚氨酯涂料的干燥性能差、硬度低、柔性差等问题，可以通过引入增塑剂、交联剂等方式改善物理性能。黄永强等人将未饱和的羟乙基丙烯酸酯引入到聚酯多元醇分子主链中，从而形成了一种具有较长骨架链和较高的交联密度的聚氨酯，提高了其耐热性、抗化学腐蚀性、耐气候性和耐磨性等物理性能。
二、改性水性聚氨酯涂料的化学结构改进
改善化学结构是提高水性聚氨酯涂料性能的重要途径之一。改进化学结构的方法主要有四类：一是对聚氨酯树脂进行结构优化；二是加入高分子基材；三是添加交联剂；四是加入特殊的助剂和稳定剂等。例如，李世宁等人研究了一种多元醇、异化甲苯二异氰酸酯、环氧树脂等多种反应物制备的二元交联水性聚氨酯涂料。工艺简单，操作方便，涂膜具有较好的耐热性、耐化学性、耐冲击性以及优异的外观。
此外，在水性聚氨酯涂料的研究中，还引入了纳米技术，制备出纳米改性水性聚氨酯涂料。利用纳米材料的特性，优化聚合物结构和性能，使其具有更好的物理性能和乳化稳定性。潘忠芳等人通过共聚聚氨酯(PU)和甲基丙烯酸甲酯(MMA)制备出水性PU/MMA纳米复合涂料。研究表明，该复合涂料具有较高的玻璃化转变温度、较低的介电常数和介电损耗、良好的耐水性和耐化学腐蚀性、较高的加工性能和柔性等优点。
三、改性水性聚氨酯涂料的应用领域
改性水性聚氨酯涂料的应用范围逐渐得到了拓展。除了传统的木器、家具、电器、建筑等领域，现在还包括汽车涂装、船舶和海洋工程、电子电器等广泛领域。例如，吕林等人研制了一种耐磨性和耐腐蚀性良好的水性PU涂料。该涂料不仅可用于汽车底漆涂装，还可用于机械设备的涂装，能够满足不同领域的不同需求。
另一方面，水性聚氨酯涂料还可以与其他材料组合使用，形成复合涂层，从而更好地满足不同领域的应用需求。舒林等人通过将聚氨酯涂料与富氟基聚对苯二甲酸乙二醇酯(PETFE)复合，制备出一种具有优异的耐化学腐蚀性和耐久性的复合涂层。该复合涂层可用于汽车涂装和防腐涂装等领域。
综上所述，水性聚氨酯涂料作为一种独特的高性能涂料，其在性能和应用领域的不断拓展，离不开改性研究的推进。今后，随着技术的发展和应用需求的增加，改性水性聚氨酯涂料的研究将会更加深入和广泛。