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聚氨酯樹脂的水性化已逐步取代溶劑型，成為聚氨酯工業(yè)發(fā)展的重要方向。水性聚氨酯可廣泛應(yīng)用于涂料、膠粘劑、織物涂層與整理劑、皮革涂飾劑、紙張表面處理劑和纖維表面處理劑。
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市場上的防水材料有兩大類：一類是聚氨脂類防水涂料這類材料一般是由聚氨脂與煤焦油作為原材料制成，它所揮發(fā)的焦油氣毒性大，且不容易清除，因此于2000年在我國被禁止使用。尚在銷售的聚氨脂防水涂料，是用瀝青代替煤焦油作為原料。但在使用這種涂料時，一般采用含有甲苯、二甲苯等有機溶劑來稀釋，因而也含有毒性。另一類為聚合物水泥基防水涂料它由多種水性聚合物合成的乳液與摻有各種添加劑的優(yōu)質(zhì)水泥組成，聚合物(樹脂)的柔性與水泥的剛性結(jié)為一體，使它在抗?jié)B性與穩(wěn)定性方面表現(xiàn)優(yōu)異。它的優(yōu)點是施工方便、綜合造價低，工期短，且無毒環(huán)保。因此，聚合物水泥基已經(jīng)成為防水涂料市場的主角。
單組份水性聚氨酯涂料
單組份水性聚氨酯涂料是應(yīng)用最早的水性聚氨酯涂料，具有很高的斷裂延伸率(可達800%)和適當(dāng)?shù)膹姸?可達20MPa)，并能常溫干燥，但耐水性和耐溶劑性很差，硬度、表面光澤度和鮮艷性都較低[2]。它是以水性聚氨酯樹脂為基料并以水為分散介質(zhì)的一類涂料。因為高分子量化合物不能形成良好而穩(wěn)定的水分散體，所以傳統(tǒng)的單組份水性聚氨酯涂料通常是較低的分子量或低交聯(lián)度。目前的品種主要包括熱固性聚氨酯涂料和含封閉異氰酸酯的水性聚氨酯涂料等幾個品種：
a.熱固性聚氨酯涂料。交聯(lián)的聚氨酯能增加其耐溶劑性及水解穩(wěn)定性。聚氨酯水分散體在應(yīng)用時與少量外加交聯(lián)劑混合組成的體系叫熱固性水性聚氨酯涂料，也叫做外交聯(lián)水性聚氨酯涂料。
b．含封閉異氨酸酯的水性聚氨酯涂料。該涂料的成膜原料由多異氰酸酯組分和含羥基組分兩部分組成。多異氰酸酯被苯酚或其它含單官能團的活潑氫原子的化合物所封閉，因此兩部分可以合裝而不反應(yīng)，成為單組分涂料，并具有良好的貯藏穩(wěn)定。早期的內(nèi)交聯(lián)劑有碳化二亞胺和甲亞胺, 在聚氨酯乳液中能穩(wěn)定存在, 涂膜在干燥過程中由于水及中和劑的揮發(fā),使得膠膜的pH 值下降, 交聯(lián)反應(yīng)得以進行。采用氮雜環(huán)丙烷類化合物作為內(nèi)交聯(lián)劑應(yīng)用于涂料體系, 不僅能與羧基和羥基反應(yīng), 在酸性環(huán)境中還可自聚, 在堿性條件下相當(dāng)穩(wěn)定。目前美國Olin 公司使用尿丁酮作為內(nèi)交聯(lián)劑, 能夠改善單組分水性聚氨酯涂料的力學(xué)性能和耐溶劑性。
c.室溫固化水性聚氨酯涂料。熱活化交聯(lián)是由封端型異氰酸酯乳液與聚氨酯乳液混合形成穩(wěn)定的單組分乳液, 干燥后進行熱處理能使高反應(yīng)性的NCO基團再生, 與聚氨酯分子所含的活性氫基團( 如羥基、胺基、脲基、聚酯基) 反應(yīng)形成交聯(lián)的涂膜。
雙組分水性聚氨酯涂料
在水性雙組分聚氨醋涂料中, 水是過量的, 其反應(yīng)以異氰酸根與經(jīng)基的么應(yīng)為主。原因在于異氛醋根與經(jīng)基、水等的反應(yīng)速度小于水的蒸發(fā)速度。在水性雙組分聚氨醋涂料成膜以后, 水的蒸發(fā)速度很快。另一類水性雙組分聚氨酯涂料組成物可用水分散多異氰酸酯和羥基官能聚氨酯分散體制成在水性雙組分聚氨漆中，交聯(lián)固化劑的品種和用量對最終漆膜性能的影響很大。交聯(lián)機理不同于雙組分溶劑型聚氨酯涂料，而是靠聚氨酯分散體上的活性氫與各種交聯(lián)固化劑進行交聯(lián)固化， 如何使反應(yīng)更大程度地完成，兩組分反應(yīng)更充分、更完全，從而確定交聯(lián)固化劑的用量，對最終性能起著決定性作用。在水性雙組分聚醋涂料中, 其涂膜是因反應(yīng)性雙組分聚氨醋組成物中過量的水形成的。
水性改性聚氨酯涂料
水性改性聚氨酯涂料中最重要的是水性聚氨酯改性丙烯酸酯樹脂, 將聚氨醋樹脂的韌性及彈性, 與丙烯酸醋良好的保色性、光穩(wěn)定性、硬度及低成本綜合起來水性改性聚氨酯材料的主要進展是由原的物理混合改性發(fā)展為化學(xué)改性(稱之為“原位聚合法”) ,即丙烯酸酯先作為合成聚氨酯的溶劑,待分散到水中后再作為反應(yīng)單體聚合。這樣能夠更好地提高改性材料的性能。
目前,將聚氨酯、聚丙烯酸進行共聚改性也是較為常用的改性方法。此外,在改性材料的種類上還有用氨酯改性環(huán)氧樹脂、改性聚醚以及改性醇酸樹脂等。環(huán)氧樹脂是一類具有良好粘接性、腐蝕、絕緣及高強度的熱固性高分子合成材料。
建筑涂料可能是水性聚氨醋涂料最大的應(yīng)用領(lǐng)域之一。此外還有木器、塑料、金屬、混凝土、皮革、纖維、汽車等許多領(lǐng)域。建筑涂料要求耐光性、耐候性等一些性能,利用聚氨醋分散體涂料通過組分調(diào)整可使其綜合性能完全滿足需要。木器漆一般要求美觀并有良好的耐磨性、耐沾污性。水性聚氨醋具有耐磨性、柔韌性、光穩(wěn)定性好、附著力強等特點, 木器漆已成為水性聚氨醋涂料的重要應(yīng)用領(lǐng)域。從環(huán)保的角度考慮, 水性化是汽車涂料的發(fā)展趨勢, 汽車表面的底漆、中涂漆、色漆、罩光漆以及修補漆均可采用水性聚氨酸酯。
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