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摘 要 该文综述了水性聚氨酯漆的发展历史和特性，阐明了发展水性聚氨酯漆的价值和意义。并且对近几年国内外水性聚氨酯漆丙酮法、预聚体混合法、熔融分散缩聚法、酮亚胺/酮联氮法、保护端基乳化法进行了综合说明。另外对水性聚氨酯漆所存在的问题进行了总结，并阐述了环氧树脂、有机硅氧烷、丙烯酸酯类及含乙烯基的单体等对水性聚氨酯漆进行改性。最后对水性聚氨酯漆进行了展望并阐述拉在汽车上、在木器家具上和皮革涂饰的应用。
关键词 水性聚氨酯 合成 改性 应用
一、环保与水性涂料
虽着涂料工业的发展，涂料的花色、品种、功能越来越多，分工也越来越细，但在涂料的制造和施工过程中因有机溶剂的大量排放而对环境造成巨大的污染。为限制有机溶剂的排放，涂料的固体化、无溶剂化、水性化已呈发展趋势，业内人士广泛赞同的“4E”涂料（Economy，Efficiency，Ecology，Energy）即指上述涂料。其中，涂料的水性化是近年来发展十分迅速的一个领域，已有不少成熟的产品和技术在广泛使用。
1、水性涂料存在的问题
水性涂料的优点是显而易见的，但也存在着一些问题。与有机溶剂相比，水的蒸发热较高，这就要求用其他手段来帮助水的蒸发。对于低温和高湿这两种特殊情况，水的蒸发就更慢了，因此干燥时间长，而助溶剂的加入则更使其雪上加霜。由于助溶剂在帮助成膜和提高涂膜性能方面是相当多的水性涂料不可缺少的组分，故除去助溶剂并不是一件容易的事情。
2、水性聚氨酯涂料的发展现状
聚氨酯是氨基甲酸酯树脂的简称，其分子中含有特征单元结构氨基甲酸酯（-NH-CO-）。聚氨酯应用十分广泛，作为涂料具有良好的耐磨性、耐腐蚀性、耐化学品性、硬度大、高弹性等优点。
3、水性聚氨酯涂料的合成
水性聚氨酷的制备方法通常可分为外乳化法和内乳化法两种.外乳化法是指采用外加乳化剂，在强剪切力作用下强制性地将聚氨酯粒子分散于水中的方法，但因该法存在乳化剂用量大、反应时间长以及乳液颗粒粗、最终得到的产品质量差、胶层物理机械性能不好等缺点，因而目前生产基本不用该法。内乳化法又称自乳化法，是指在聚氨酯分子结构中引人亲水基团无需乳化剂即可使自身分散成乳液的方法，因此成为目前水性聚氨酷生产和研究采用的主要方法.内乳化法又可分为丙酮法、预聚体混合法、熔融分散法、酮亚胺/酮联氮法、保护端基乳化法。
二、水性聚氨酯涂料的改性
1、丙烯酸酯类及含乙烯基的单体改性
丙烯酸酯类化合物（简称PA）及含乙烯基的单体对水性聚氨酯的改性可分为物理改性和化学改性。物理改性主要是将丙烯酸酯类或乙烯基酯类乳液和水性聚氨酯乳液进行物理共混，以提高水性聚氨酯材料的物理机械性能。采用此种方法要求改性所用的丙烯酸乳液的离子稳定性及对溶剂的亲和性好，否则可能会发生破乳。化学改性是将PA 加入PU 乳液中，再通过引发剂进行自由基聚合而制得的复合乳液（PUA）。复合乳液中的核3壳结构为一种较特殊的结构，其形成机理是PU亲水性离子基团分布在PU 微胶粒表面，使PU不但形成一种高稳定性、高分散性的胶体体系，而且具有很好的亲水性能。当发生聚合时，由于含极性基团的PU大分子对水和乳化剂的亲和性使含极性基团的PU 大分子始终朝向水和乳化剂的一方，即朝外，表面富集离子基团的PU 微粒因此由内向外迁移；PA具有一定的疏水性，其微粒刚好呈反方向由外向内溶胀到PU微粒内发生聚合，因此形成以PU 为壳、PA 为核的核-壳结构的乳胶粒。如果亲水性基团连接PA 基团上，则形成以PU为核、PA为壳的核壳结构。
2、环氧树脂改性
环氧树脂（EP）材料具有高模量、高强度和耐化学性好等优点，由于环氧树脂含有活泼的环氧基团，可直接参与水性聚氨酯的合成反应。常见环氧改性的水性聚氨酯是将环氧树脂与聚氨酯反应后部分形成网状结构，以提高水性聚氨酯涂膜的机械性能及耐热性、耐水性和耐溶剂性等综合性能。
3、有机硅氧烷改性
有机硅树脂表面能较低，具有耐高温、耐水性、耐候性及透气性好等优点，已广泛用于聚氨酯材料的改性。近年来有许多关于用聚硅氧烷改性聚氨酯制取低表面能材料的报道。采用有机硅氧烷改性方法通常有2种，其一用含羟基或胺基的硅氧烷树脂改性，其二是用带乙烯基的硅氧烷单体进行改性。
4、多元改性的方法
除了上面3种经常使用的改性方法外，还有采用多元改性的方法，schipper 等开发的聚氨酯“丙烯酸酯”醇酸树脂三元共聚物为基体的改性的水性聚氨酯涂料兼具三种树脂的优势，具有很好的户外耐光性，流动性以及耐刮伤性能。Li Y L 等的研究表明，随着聚硅氧烷含量的增加，材料的表面能降低的同时，相分离的程度也逐渐加剧，使得材料力学性能大大下降。李永清等以TDI聚醚二元醇为主要原料制得NCO封端的预聚体，并按一定比例引入环氧树脂，氨丙基聚硅氧烷，多元胺固化剂，混合均匀。由于聚硅氧烷（ 聚氨酯链与环氧树脂交联链缠结互穿，起到强迫互容的作用，从而降低了相分离的程度，于是得到一种新的PDMS＼PU＼EP 互穿聚合物网络（IPN ），制得的聚硅氧"聚氨酯"环氧三元共聚物具有很好的拉伸强度、疏水性能以及较低的表面张力。张晓镭等采用丙烯酸树脂（PA或PAr）、有机硅对水性聚氨酯进行改性，合成了一种有机硅丙烯酸酯聚氨酯聚合物。对各种合成条件，如反应温度、NCO＼OH 比值、引发剂浓度、-COOH 用量、有机硅用量等因素对反应的影响进行了分析。
参考文献：
[1]肖新颜，夏正斌，张旭东，等.环境友好涂料的研究新进展[J].化工学报，2003，54（4）：531-536.
[2]王文军，岳彩艳，李红旭，等.水性聚氨酯胶粘剂的研制[J].中国胶粘剂， 2005， 14 （5）： 10-13.
[3]李永清，郑淑贞，朱锡，有机硅嵌段改性聚氨酯/环氧树脂互穿网络聚合物的研究[J].分子材料科学与工程，2005，21（3）：129-132.
作者简介：李娜，性别女，民族汉
关键词 水性聚氨酯 合成 改性 应用
一、环保与水性涂料
虽着涂料工业的发展，涂料的花色、品种、功能越来越多，分工也越来越细，但在涂料的制造和施工过程中因有机溶剂的大量排放而对环境造成巨大的污染。为限制有机溶剂的排放，涂料的固体化、无溶剂化、水性化已呈发展趋势，业内人士广泛赞同的“4E”涂料（Economy，Efficiency，Ecology，Energy）即指上述涂料。其中，涂料的水性化是近年来发展十分迅速的一个领域，已有不少成熟的产品和技术在广泛使用。
1、水性涂料存在的问题
水性涂料的优点是显而易见的，但也存在着一些问题。与有机溶剂相比，水的蒸发热较高，这就要求用其他手段来帮助水的蒸发。对于低温和高湿这两种特殊情况，水的蒸发就更慢了，因此干燥时间长，而助溶剂的加入则更使其雪上加霜。由于助溶剂在帮助成膜和提高涂膜性能方面是相当多的水性涂料不可缺少的组分，故除去助溶剂并不是一件容易的事情。
2、水性聚氨酯涂料的发展现状
聚氨酯是氨基甲酸酯树脂的简称，其分子中含有特征单元结构氨基甲酸酯（-NH-CO-）。聚氨酯应用十分广泛，作为涂料具有良好的耐磨性、耐腐蚀性、耐化学品性、硬度大、高弹性等优点。
3、水性聚氨酯涂料的合成
水性聚氨酷的制备方法通常可分为外乳化法和内乳化法两种.外乳化法是指采用外加乳化剂，在强剪切力作用下强制性地将聚氨酯粒子分散于水中的方法，但因该法存在乳化剂用量大、反应时间长以及乳液颗粒粗、最终得到的产品质量差、胶层物理机械性能不好等缺点，因而目前生产基本不用该法。内乳化法又称自乳化法，是指在聚氨酯分子结构中引人亲水基团无需乳化剂即可使自身分散成乳液的方法，因此成为目前水性聚氨酷生产和研究采用的主要方法.内乳化法又可分为丙酮法、预聚体混合法、熔融分散法、酮亚胺/酮联氮法、保护端基乳化法。
二、水性聚氨酯涂料的改性
1、丙烯酸酯类及含乙烯基的单体改性
丙烯酸酯类化合物（简称PA）及含乙烯基的单体对水性聚氨酯的改性可分为物理改性和化学改性。物理改性主要是将丙烯酸酯类或乙烯基酯类乳液和水性聚氨酯乳液进行物理共混，以提高水性聚氨酯材料的物理机械性能。采用此种方法要求改性所用的丙烯酸乳液的离子稳定性及对溶剂的亲和性好，否则可能会发生破乳。化学改性是将PA 加入PU 乳液中，再通过引发剂进行自由基聚合而制得的复合乳液（PUA）。复合乳液中的核3壳结构为一种较特殊的结构，其形成机理是PU亲水性离子基团分布在PU 微胶粒表面，使PU不但形成一种高稳定性、高分散性的胶体体系，而且具有很好的亲水性能。当发生聚合时，由于含极性基团的PU大分子对水和乳化剂的亲和性使含极性基团的PU 大分子始终朝向水和乳化剂的一方，即朝外，表面富集离子基团的PU 微粒因此由内向外迁移；PA具有一定的疏水性，其微粒刚好呈反方向由外向内溶胀到PU微粒内发生聚合，因此形成以PU 为壳、PA 为核的核-壳结构的乳胶粒。如果亲水性基团连接PA 基团上，则形成以PU为核、PA为壳的核壳结构。
2、环氧树脂改性
环氧树脂（EP）材料具有高模量、高强度和耐化学性好等优点，由于环氧树脂含有活泼的环氧基团，可直接参与水性聚氨酯的合成反应。常见环氧改性的水性聚氨酯是将环氧树脂与聚氨酯反应后部分形成网状结构，以提高水性聚氨酯涂膜的机械性能及耐热性、耐水性和耐溶剂性等综合性能。
3、有机硅氧烷改性
有机硅树脂表面能较低，具有耐高温、耐水性、耐候性及透气性好等优点，已广泛用于聚氨酯材料的改性。近年来有许多关于用聚硅氧烷改性聚氨酯制取低表面能材料的报道。采用有机硅氧烷改性方法通常有2种，其一用含羟基或胺基的硅氧烷树脂改性，其二是用带乙烯基的硅氧烷单体进行改性。
4、多元改性的方法
除了上面3种经常使用的改性方法外，还有采用多元改性的方法，schipper 等开发的聚氨酯“丙烯酸酯”醇酸树脂三元共聚物为基体的改性的水性聚氨酯涂料兼具三种树脂的优势，具有很好的户外耐光性，流动性以及耐刮伤性能。Li Y L 等的研究表明，随着聚硅氧烷含量的增加，材料的表面能降低的同时，相分离的程度也逐渐加剧，使得材料力学性能大大下降。李永清等以TDI聚醚二元醇为主要原料制得NCO封端的预聚体，并按一定比例引入环氧树脂，氨丙基聚硅氧烷，多元胺固化剂，混合均匀。由于聚硅氧烷（ 聚氨酯链与环氧树脂交联链缠结互穿，起到强迫互容的作用，从而降低了相分离的程度，于是得到一种新的PDMS＼PU＼EP 互穿聚合物网络（IPN ），制得的聚硅氧"聚氨酯"环氧三元共聚物具有很好的拉伸强度、疏水性能以及较低的表面张力。张晓镭等采用丙烯酸树脂（PA或PAr）、有机硅对水性聚氨酯进行改性，合成了一种有机硅丙烯酸酯聚氨酯聚合物。对各种合成条件，如反应温度、NCO＼OH 比值、引发剂浓度、-COOH 用量、有机硅用量等因素对反应的影响进行了分析。
参考文献：
[1]肖新颜，夏正斌，张旭东，等.环境友好涂料的研究新进展[J].化工学报，2003，54（4）：531-536.
[2]王文军，岳彩艳，李红旭，等.水性聚氨酯胶粘剂的研制[J].中国胶粘剂， 2005， 14 （5）： 10-13.
[3]李永清，郑淑贞，朱锡，有机硅嵌段改性聚氨酯/环氧树脂互穿网络聚合物的研究[J].分子材料科学与工程，2005，21（3）：129-132.
作者简介：李娜，性别女，民族汉