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水性聚氨酯硅烷偶联剂改性

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2018/12/20 浏览次数：

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因环保政策的压力，让传统的油性产品使用受到了现在，企业不得不面临着油改水状态。虽然水性产品环保、无毒对环境污染程度很小，不过与油性产品相比，水性树脂的一些性能不能与油性产品相比，水性聚氨酯与油性聚氨酯在耐溶剂、耐水、耐候性、膜强度等方面都存在着不足，水性聚氨酯各方面性能的提升是恒天新材料研发者不断奋斗的目标。

为了弥补水性聚氨酯的缺陷，提高其综合性能，扩大其应用范围，需要对其进行改性。有机硅氧烷中硅原子独特的化学性质使其具有低表面能，在成膜过程中硅原子会向表面富集，赋予聚合物涂膜优良的耐水性、耐油污性和耐候性。由于分子链中含有的Si-O键键能高达425kJ/mol，远高于C-C和C-O键的键能，因此有机硅烷的加入可以有效地改善聚氨酯胶膜综合性能。

改性自交联水性聚氨酯的制备工艺绝大多数采用丙酮法。其制备过程是聚氨酯预聚体的合成、亲水单体和功能单体扩链、离子化、水分散，最后蒸出丙酮得到水性聚氨酯乳液。最常用的方法是硅烷偶联剂对末端含—NCO基的聚氨酯分子进行封端改性；此外，还有扩链法和接枝法。扩链法是将硅烷偶联剂作为扩链剂引入到聚氨酯分子骨架。接枝法通常是用硅烷偶联剂对多元醇进行接枝改性，然后再通过聚合引入到聚氨酯分子中。当烷氧基硅烷被引入到水性聚氨酯分子链中，水性聚氨酯的交联是通过硅烷中的烷氧基在室温下进行的水解和缩聚反应实现的。首先水性聚氨酯分子中的烷氧基在常温条件下水解成硅羟基，硅羟基与硅羟基之间再通过缩合反应形成三维立体—Si-O-Si-的交联结构。

硅烷偶联剂改性自交联水性聚氨酯将硅烷偶联剂通过共价键连接到聚氨酯分子骨架上，利用硅烷氧基的水解、缩聚反应形成的无机相能很好的和聚氨酯网络相容，同时成为交联点，从而能有效地增强材料聚氨酯的性能。

1.机械性能：随着水性聚氨酯中硅烷偶联剂含量的提高，水性聚氨酯的交联密度增大，硬度会提高、拉伸强度会增大、拉断伸长率降低。

2.热稳定性：经硅烷偶联剂改性后聚氨酯能够形成交联聚合物，当温度升高时不会熔化，因为分子链之间存在的交联点而限制了整个分子链的运动，因而具有较好的耐热性能；另外，新增的Si-键比C-O键具有更高的键能，这也有利于改善水性聚氨酯的热稳定性。

3.耐溶剂：通过硅偶联剂的交联作用，能够降低水性聚氨酯分子链间的自由体积，在一定程度上阻碍了水和溶剂分子渗透到水性聚氨酯膜内，从而增强其耐水性和耐溶剂性，这是由交联的形成阻碍了溶剂分子渗透到材料内部所引起。另一方面，众所周知有机硅化合物能降低材料表面的表面能，在一定程度上也能降低水性聚氨酯膜的耐水性。因此，硅偶联剂改性的自交联水性聚氨酯具有优异的耐水性和耐溶剂性。

4.附着力：聚氨酯分子量上硅烷偶联剂水解形成硅醇，在基材上干燥成膜的过程中，与基材上存在的羟基脱水形成-Si-O-键，提升了附着力。

虽然硅烷偶联引入对水性聚氨酯性能上得到了提升，不过水性聚氨酯性能提升改善的路还有很长路要走，只有借鉴不同研究领域中新的概念、新型的原理和方法、新的途径和结构是发展新型结构和优异性能水性聚氨酯材料的重要源泉。

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