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水性聚氨酯制備及改性的研究進(jìn)展

       水性聚氨酯(WPU)具有極好的耐磨性、耐化學(xué) 性、附著力、柔硬度平衡性，以及良好的低溫性能、高 光澤度、保光性等優(yōu)點(diǎn)。脂肪族聚氨酯還具有耐紫 外光 性 能，并 且 應(yīng) 用 范 圍 具 有 較 廣 泛 的 可 調(diào) 性 ［16，17］ ，可以滿足各種不同印刷工藝需求。另外， 水性聚氨酯還具有無毒、不燃、無污染等優(yōu)點(diǎn) ［18］ 采 用 WPU 連結(jié)料制成的水性油墨，在網(wǎng)版印刷、復(fù)合 薄膜印刷方面都占有舉足輕重的地位。

       方長青 ［19—21］ 以聚氨酯為主要連接料，輔以適當(dāng) 增稠劑、表面活性劑等助劑，研究了水性聚氨酯制備 原料的配比對水性聚氨酯油墨性能的影響。合理調(diào) 節(jié)水性聚氨酯制備配量比，可制備出具有弱結(jié)晶性 能的納米分散顆粒水性聚氨酯乳液，在固含量、黏 度、生產(chǎn)工藝及成本均能滿足水性油墨的要求。

       單一的 WPU 存在一些缺點(diǎn)，尚不能滿足多種 領(lǐng)域的需要。主要體現(xiàn)在干燥速率慢、對非極性基 材潤濕差、固含量低、穩(wěn)定性差和耐水性不良等方 面 ［22］ 。而丙烯酸酯類乳液的優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)在較好的耐 水性、耐候性及優(yōu)異的物理機(jī)械性能。將不同化學(xué) 成分和性能的高分子材料通過一定方式復(fù)合，是改善其性能、研制新型材料的有效途徑 ［23］ 。因此，用 丙烯酸酯改性 WPU 可以將聚氨酯的優(yōu)點(diǎn)如較高的 拉伸強(qiáng)度、抗沖擊強(qiáng)度、優(yōu)異的耐磨性，與丙烯酸酯 樹脂的上述優(yōu)點(diǎn)有機(jī)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢互補(bǔ)，從而制備 出高固含量、低成本、性能優(yōu)異的丙烯酸酯改性 WPU，促進(jìn)水性油墨的發(fā)展。

       李艷輝等 ［24］ 對多種聚丙烯酸改性聚氨酯乳液 方法做了具體分析，對比與研究，驗(yàn)證了改性后的聚 氨酯乳液具有優(yōu)異的物理機(jī)械性能、耐水性能、高光 澤度、高耐候性等特點(diǎn)。

徐磊等 ［25］ 采用半互容性聚氨酯、聚甲基丙烯酸 甲酯作為基體，通過本體聚合法制備了一系列線性 聚氨酯 PU/聚甲基丙烯酸甲酯 PMMA 的互穿網(wǎng)絡(luò) 結(jié)構(gòu) IPN，它是不同于核殼結(jié)構(gòu)的另一種復(fù)合結(jié)構(gòu)。 另外，為了提高該體系的阻尼性能，引入了功能單 體。采用動(dòng)態(tài)力學(xué)性能分析法，研究了該體系的組 成、交聯(lián)密度、無機(jī)填充物納米 SiO 2 用量、功能單體 長側(cè)基單體甲基丙烯酸十八酯濃度、內(nèi)接枝劑甲基 丙烯酸羥乙酯濃度等對互穿網(wǎng)絡(luò)體系阻尼性能的影 響。通過透射電鏡法，觀察研究體系阻尼性能變化 和體系相態(tài)的關(guān)系。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)材料的有效阻尼 溫度范圍不是很高，但阻尼強(qiáng)度要求較高時(shí)，運(yùn)用內(nèi) 接枝劑是改善體系阻尼性能的有效方法，為制備 IPN 結(jié)構(gòu)和增強(qiáng)復(fù)合樹脂的阻尼性能提供了借鑒。

       由于聚丙烯酸酯與水性聚氨酯能較好實(shí)現(xiàn)優(yōu)勢 互補(bǔ)，而且核殼結(jié)構(gòu)和 IPN 結(jié)構(gòu)將是未來復(fù)合樹脂 的研究重點(diǎn)，因此很多學(xué)者開展對聚丙烯酸酯單體 與聚氨酯交叉改性研究 ［26—28］ 。研究通過接枝共聚 法制備聚丙烯酸酯-水性聚氨酯復(fù)合乳液，并分析復(fù) 合乳液的膠膜性能、儲存穩(wěn)定性。研究結(jié)果顯示，交 叉改性后的復(fù)合乳液穩(wěn)定性大幅提高，能長期存儲 而不發(fā)生黃變現(xiàn)象，且耐水性明顯提高。同時(shí)，研究 者也提出了適宜的聚氨酯與聚丙烯酸酯單體的 配比。

       經(jīng)過適宜含量環(huán)氧樹脂改性的 WPU，其黏接強(qiáng) 度、耐水性、耐溶劑性也會大幅改善。

       鄧朝霞 ［29］ 等采用環(huán)氧樹脂和丙烯酸羥丙酯 (HPA)為主要原料，制備了環(huán)氧改性的聚氨酯復(fù)合 乳液。研究結(jié)果顯示，環(huán)氧分子多重交聯(lián)后得到的 改性 WPU 樹脂的耐水性、耐溶劑性、力學(xué)性能等綜 合性能大幅提高，且使分散體粒徑分布更寬。隨著 環(huán)氧樹脂用量增加，乳液黏度增大，但外觀和穩(wěn)定性 變差，試驗(yàn)表明環(huán)氧樹脂添加量以 4% ～ 8% 較適 宜。HPA 單體的加入可用于配制具有紫外光固化 性能的成膜樹脂。

       朱黎瀾等 ［30］ 采用甲苯二異氰酸脂(TDI)、聚醚 二元醇(GE-210)、1，4-丁二醇(BDO)、二羥甲基丙 酸( DMPA) 環(huán) 氧 樹 脂 ( E-128)、丙 烯 酸 羥 丙 酯 (HPA)為主要原料，制備出了性能優(yōu)良的環(huán)氧改性 聚氨酯分散體。研究了異氰酸酯基團(tuán)與羥基的比值 Ｒ、小分子擴(kuò)鏈劑、親水?dāng)U鏈劑及環(huán)氧樹脂的加入量 對乳液的基本性能(黏度、粒徑、穩(wěn)定性) 的影響。 研究結(jié)果顯示，當(dāng) Ｒ 值取 6 ～7，DMPA 用量為 6% ～ 7%，環(huán)氧樹脂 E-128 添加量為 6% ～7% 時(shí)，乳液的 外觀及穩(wěn)定性最好，而且涂膜的耐水性能優(yōu)異。郝 新兵等 ［31］ 對現(xiàn)有聚氨酯和環(huán)氧樹脂相互改性方法 做對比、分析和總結(jié)，指出化學(xué)共聚法改性效果更為 顯著。

水性聚氨酯連接料制備及應(yīng)用方向。由于水性 聚氨酯表面張力較大，成膜時(shí)容易鎖孔 ［32］ ，且干燥 較為困難，因此目前在我國水性聚氨酯應(yīng)用于塑料 軟包裝印刷的較少。而醇溶性聚氨酯經(jīng)過多年發(fā) 展，配方及工藝較為完善，可作為水性聚氨酯油墨推 廣的過渡產(chǎn)品，最終實(shí)現(xiàn)聚氨酯油墨從苯溶—酯 溶—醇溶—水溶的變化發(fā)展。