407
水性聚氨酯涂料-有机硅和环氧复合研究
2021/8/5
水性聚氨酯涂料将聚氨酯涂膜的硬度高、 附着力强、耐腐蚀、耐溶剂好等优点与水性涂料的低VOC含量相结合， 符合
发展涂料工业的“三前提”（资源， 能源，无污染） 及“四Ｅ 原则”（经济 E C O N O M Y ， 效率EFFICIENCY ， 生态
ECOLOGY， 能源 ENERGY 。 然而，一般的聚氨酯乳液的自增稠性差、固含量低、乳胶膜的耐水性差、 光泽性较低， 涂膜的
综合性能较差，为了更好的提高水性聚氨酯涂料的综合性能，扩大应用范围， 需对 WPU 乳液进行适当的改性。 本文主要介
绍了环氧树脂改性、 有机硅复合涂料的研究及应用进展。
1 . 水性聚氨酯涂料改性技术
1 . 1 环氧树脂改性
环氧树脂(EP)具有许多优良的性能,如种类多、易固化、 机械强度高、 粘附力强、 成型收缩率低、 化学稳定性好、
电绝缘性好、 成本低, 还具备高模量、 高强度和热稳定性好等特点,早已成为应用广泛的热固性塑料,在机械、电子、涂料等
领域发挥着日益重要的作用。 通过环氧树脂和聚氨酯的接枝反应， 制得环氧改性聚氨酯乳液，用其配制水性环氧改性聚氨酯
涂料，可以提高化学稳定性和漆膜附着力。环氧树脂与聚氨酯反应中可以将支化点引入聚氨酯主链，使之形成部分网状结构而
性能更为优异,合成原理是用— OH基与— NCO基的反应制得初聚体，在初聚体中加入小分子扩链剂和亲水扩链剂等进行扩链反
应，提高初聚物的分子量，加入环氧树脂进行交联，加入中和剂， 进行中和反应， 快速搅拌混合， 得到预聚体。 最后高速
搅拌剪切乳化，得到水性聚氨酯乳液。
1 . 2 有机硅改性
有机硅化合物分子结构中含有元素硅，是属于半有机、半无机结构的高分子化合物,它们兼具有机化合物和无机化合物
的特性,具有耐低温、耐气候老化、电器绝缘、耐臭氧、憎水、难燃、生理惰性等许多优异性能。有机硅聚合物的两个最显著
的特点就是耐氧化性和低的表面能，耐氧化性就是耐候性好，而低表面能即会产生优良的疏水性。用有机硅改性聚氨酯可以综
合二者的优异性能， 弥补水性聚氨酯耐水解性稍差的缺陷， 使改性的水性聚氨酯涂料表现出良好的憎水性、 表面富集性、
低温柔顺性和优良的生物相容性等。有机硅改性聚氨酯可以通过物理共混来进行， 例如，利用水性聚氨酯和聚硅氧烷乳液进
行物理共混改性。 聚氨酯可以改善聚硅氧烷乳液的耐油性， 而聚硅氧烷乳液可以改善水性聚氨酯的耐水和耐溶剂性能，两者
共混可获得取长补短的效果。有机硅共混改性通常是将有机硅用作改性剂添加入聚氨酯体系中，改善聚氨酯制品某方面的性能
。
由于乳化剂的存在，共混改性对膜的性能有负面影响，共混改性仅仅是简单的机械混合，无化学键形成，羟基硅油易于
迁移， 造成硅感时效短。 因此， 有机硅改性聚氨酯最常用的方法是共聚改性。通过两端带有反应性官能团的聚硅氧烷低聚
物(最常见的是聚二甲基硅氧烷PDMS，或部分甲基被取代后所得聚硅氧烷)与多异氰酸酯经逐步加成，聚合而制得嵌段共聚物。
用于改性聚氨酯研究的有机硅化合物主要是含有羟基封端的羟基硅油、 氨基或烷氧基封端的硅烷偶联剂等， 带有活性端基的
聚硅氧烷与端异氰酸酯基的化合物或预聚体通过加成聚合和扩链反应， 制成有机硅改性聚氨酯。 有机硅共聚改性水性聚氨酯
制备方法主要有合成与扩链两种不同的方法。 所谓合成法是在合成过程中将羟基硅油或氨基硅油引入聚氨酯链段中。 羟基硅
油的反应活性适中， 合成过程反应平稳。 但氨基硅油的氨基氢反应活性很高， 并且在聚氨酯溶解度有差异， 所以聚合反应
都需要在溶剂的存在下进行； 扩链法是指在预聚体乳化的过程中扩链引入氨基硅油，如有人报道了利用侧链氨基硅油来改善
水性聚氨酯的研究 。
发展涂料工业的“三前提”（资源， 能源，无污染） 及“四Ｅ 原则”（经济 E C O N O M Y ， 效率EFFICIENCY ， 生态
ECOLOGY， 能源 ENERGY 。 然而，一般的聚氨酯乳液的自增稠性差、固含量低、乳胶膜的耐水性差、 光泽性较低， 涂膜的
综合性能较差，为了更好的提高水性聚氨酯涂料的综合性能，扩大应用范围， 需对 WPU 乳液进行适当的改性。 本文主要介
绍了环氧树脂改性、 有机硅复合涂料的研究及应用进展。
1 . 水性聚氨酯涂料改性技术
1 . 1 环氧树脂改性
环氧树脂(EP)具有许多优良的性能,如种类多、易固化、 机械强度高、 粘附力强、 成型收缩率低、 化学稳定性好、
电绝缘性好、 成本低, 还具备高模量、 高强度和热稳定性好等特点,早已成为应用广泛的热固性塑料,在机械、电子、涂料等
领域发挥着日益重要的作用。 通过环氧树脂和聚氨酯的接枝反应， 制得环氧改性聚氨酯乳液，用其配制水性环氧改性聚氨酯
涂料，可以提高化学稳定性和漆膜附着力。环氧树脂与聚氨酯反应中可以将支化点引入聚氨酯主链，使之形成部分网状结构而
性能更为优异,合成原理是用— OH基与— NCO基的反应制得初聚体，在初聚体中加入小分子扩链剂和亲水扩链剂等进行扩链反
应，提高初聚物的分子量，加入环氧树脂进行交联，加入中和剂， 进行中和反应， 快速搅拌混合， 得到预聚体。 最后高速
搅拌剪切乳化，得到水性聚氨酯乳液。
1 . 2 有机硅改性
有机硅化合物分子结构中含有元素硅，是属于半有机、半无机结构的高分子化合物,它们兼具有机化合物和无机化合物
的特性,具有耐低温、耐气候老化、电器绝缘、耐臭氧、憎水、难燃、生理惰性等许多优异性能。有机硅聚合物的两个最显著
的特点就是耐氧化性和低的表面能，耐氧化性就是耐候性好，而低表面能即会产生优良的疏水性。用有机硅改性聚氨酯可以综
合二者的优异性能， 弥补水性聚氨酯耐水解性稍差的缺陷， 使改性的水性聚氨酯涂料表现出良好的憎水性、 表面富集性、
低温柔顺性和优良的生物相容性等。有机硅改性聚氨酯可以通过物理共混来进行， 例如，利用水性聚氨酯和聚硅氧烷乳液进
行物理共混改性。 聚氨酯可以改善聚硅氧烷乳液的耐油性， 而聚硅氧烷乳液可以改善水性聚氨酯的耐水和耐溶剂性能，两者
共混可获得取长补短的效果。有机硅共混改性通常是将有机硅用作改性剂添加入聚氨酯体系中，改善聚氨酯制品某方面的性能
。
由于乳化剂的存在，共混改性对膜的性能有负面影响，共混改性仅仅是简单的机械混合，无化学键形成，羟基硅油易于
迁移， 造成硅感时效短。 因此， 有机硅改性聚氨酯最常用的方法是共聚改性。通过两端带有反应性官能团的聚硅氧烷低聚
物(最常见的是聚二甲基硅氧烷PDMS，或部分甲基被取代后所得聚硅氧烷)与多异氰酸酯经逐步加成，聚合而制得嵌段共聚物。
用于改性聚氨酯研究的有机硅化合物主要是含有羟基封端的羟基硅油、 氨基或烷氧基封端的硅烷偶联剂等， 带有活性端基的
聚硅氧烷与端异氰酸酯基的化合物或预聚体通过加成聚合和扩链反应， 制成有机硅改性聚氨酯。 有机硅共聚改性水性聚氨酯
制备方法主要有合成与扩链两种不同的方法。 所谓合成法是在合成过程中将羟基硅油或氨基硅油引入聚氨酯链段中。 羟基硅
油的反应活性适中， 合成过程反应平稳。 但氨基硅油的氨基氢反应活性很高， 并且在聚氨酯溶解度有差异， 所以聚合反应
都需要在溶剂的存在下进行； 扩链法是指在预聚体乳化的过程中扩链引入氨基硅油，如有人报道了利用侧链氨基硅油来改善
水性聚氨酯的研究 。
合肥恒天新科技有限公司 版权所有 皖ICP备18006244号 免责声明