改性水性丙烯酸-聚氨酯涂料

改性水性丙烯酸－聚氨酯涂料

朱梦羚（上海理工大学环境工程学院）

摘要：介绍了几种由物理或化学改性得的水性丙烯酸－聚氨酯涂料。综述了经改进后的水性丙烯酸－聚氨酯涂料，在乳液性能、拉伸强度、耐水性、耐化学性质、硬度综合性能的提高，以及新型水性丙烯酸－聚氨酯涂料替代传统溶剂型聚氨酯涂料的可能性。

关键词：水性；聚氨酯；改性；涂料

引言：随着国家对于涂料污染的控制，水性丙烯酸－聚氨酯涂料，以其不易燃，低挥发，硬度等综合性能上的优势，渐渐替代了市面上传统型的溶剂型聚氨酯涂料。本文将详细比较环氧树脂改性聚氨酯-丙烯酸酯乳液；水性双组分丙烯酸酯聚氨酯涂料；自交联型水性丙烯酸—聚氨酯杂化体；阳离子型水性丙烯酸酯聚氨酯塑料涂料；高固体含量水性聚氨酯丙烯酸酯复合乳液；丙烯酸乙酯改性水性聚氨酯涂料这几种改性水性丙烯酸－聚氨酯涂料的改性特点以及其改性后的综合性能进行比较介绍。

1.环氧树脂改性聚氨酯-丙烯酸酯乳

液

环氧树脂改性聚氨酯-丙烯酸酯乳液指的是在目前市场上流行的两种水性溶液基料（PA）聚丙烯酸酯乳液和（PU）聚氨酯乳液所制备的备聚氨酯一丙烯酸酯(PUA)复合乳液中加入环

氧树脂改性所得的环氧树脂改性聚氨酯-丙烯酸酯乳液（PEUA），其在吸水率上明显降低，在硬度等综合性能上也有一定提高。

环氧树脂改性聚氨酯-丙烯酸酯乳液在共聚改性上是使用的化学共聚改性，即在反应初期加入环氧树脂；相比在反应后期加入环氧树脂的物理共聚改性中可以使得形成颗粒小，外观好的乳液，使得乳液的性能有了一定的提高，并且PEUA在耐水性、耐化学性也有提高。

在整个的制作工艺流程中，所加的环氧树脂的质量分数为3%~4%最好，多了虽然乳液的稳定性会提高，但液

膜的耐水性会下降。

2.水性双组分丙烯酸酯聚氨酯涂料

水性双组分丙烯酸酯聚氨酯涂是通过使用内乳化剂二羟甲基丙酸(DMPA)异氰酸酯改性，并与丙烯酸酯多元醇反应得到的一种水性双组分的改性丙烯酸－聚氨酯涂料。其涂抹具有良好的延展性和耐水性，外观上也有改善。

由于改性后的涂料中还有大量的氢键，使得涂料形成的涂抹具有良好的耐磨性。并且当使用的内乳化剂二羟甲基丙酸(DMPA)的质量分数为4%时，所形成的涂膜的延展性，耐磨性，抗水性最佳。因为当DMPA质量分数为4%时，此时的交联度最佳，使得涂膜中的分子亲水性较差，即耐水性最好。

在中和度的选择为100%为宜，此

时的中和度，乳液的颗粒大小适中，

形成的涂膜的外观较好，涂膜所需的

干燥时间也比较短。

在各项性能与相同类型的国外产

品相比也相差无几，同时在延展性上

更好，吸水率也更低。

3.自交联型水性丙烯酸－聚氨酯

杂化体

自交联型水性丙烯酸－聚氨酯杂

化体的特点在于利用了丙烯酸酯类单

体不用于水，而形成的丙烯酸酯树脂

为溶质，聚氯酯为溶剂的水性分散系

的新型水性聚氨酯涂料。该涂料具有

的优点是低成本，同时又具有聚氯酯

和聚丙烯酸酯两种物质的特点的新型

涂料。

自交联型水性丙烯酸－聚氨酯

杂化体中DMPA(内乳化剂二羟甲基丙酸)使用的质量百分数为5%～6%为宜，DMPA的量用的少，杂化的而乳液耐水性较好，但是所形成的乳液的外观较差；使用的DMPA越多乳液中颗粒的表面活性会变好，乳液的外观也更好，但是乳液所形成的涂膜的耐水性变差，吸水率也会相对较大，因此选择的质量百分数为5%～6%。

为了使得聚合过程中的单体转化

率高，聚合速度加快这些因素时，考

虑使用的引发剂用量为单体的0.5%，

温度初期为85度，后期可逐渐升高。

在中和剂的选择上，是使用TEA （三乙胺）为宜，其与NH3·H，O作中和剂相比较有适中的颗粒大小，并且

更利于储藏；与Na0H作中和剂相比，TEA的干燥速度较快，因此在使用中和剂时，使用TEA为中和剂，并控制其的PH值在8.0～8.5为宜。

为了提高涂膜的耐韧性和硬度，该乳液使用甲基丙烯酸(MAA)为硬单体，丙烯酸丁酯(BA)为软单体，并且在MAA为单体量的2％，甲基丙烯酸甲酯／丙烯酸丁酯比值为60：40时，可以得到耐韧性和硬度都比较良好的涂膜。

从乳液中水性单体的相对分子量

的选择上，考虑到适中的相对分子量

的的分子在水性单体中的分散相对均匀，表面活性力适中，溶剂的粘度适中，聚氨酯化反应体系粘度适中，因

此选择的分子质量为2500～

300g/mol.

4.阳离子型水性丙烯酸酯聚氨酯塑料涂料

该双组分丙烯酸－聚氨酯是由改性阳

离子型羟基丙烯酸酯树脂分散体和多

异氰酸酯固化剂组成的水性涂料，该涂料用途主要为塑料材料（PVC 、ABS、PC 、PC/ABS等）。改性的阳离子羟基丙烯酸树脂是以DMAEMA(甲基丙烯酸, ,二甲氨基乙酯)为亲水单体、HEA（丙烯酸羟乙酯）为反应单体、甲基丙烯酸(MAA)为硬单体，丙烯酸丁酯(BA)为软单体而合成的。改性后的阳离子型水性丙烯酸酯聚氨酯塑料涂料在延展性、耐化学性、耐水性上有一定程度的提高。

对于亲水单体DMAEMA的使用上，较大的使用量会导致乳液涂膜的耐水性、耐化学性（酸碱性）降低，过低的使用量则会影响到乳液中颗粒的稳定性，因此，使用的DMAEMA的质量分数为5%。

硬单体MMA与软单体BA的配比上，考虑到涂膜的硬度上是硬单体MMA越

大越好，但考虑到硬单体MMA与软单体BA的配比越大，对于涂膜的耐水性以及耐醇性都会变差，因为MMA的含量与乳液中的颗粒的交联度成增大的比例关系，因为最后使用的硬单体MMA与软单体BA的配比的质量比为2：1.

反应单体HEA的使用是为了增加

涂膜的耐酸碱性和硬度，当使用HEA的质量百分数超过15%，其耐酸碱度和硬度改变不大，所以控制HEA的质量分数为15%为宜。

NCO/OH的配比决定着对固化剂的使用量，因为NCO基团和水进行反应的时候会消耗一定的固化剂，固化剂的实际作用是决定乳液涂膜的硬度、附着力、耐水性、耐酸碱性、耐醇性的大小，因此使用NCO/OH的摩尔配比为1.2～1.4为宜。

5. 高固体含量水性聚氨酯丙烯酸酯复合乳液

高固体含量水性聚氨酯丙烯酸酯复合乳液的引发剂为氮二异丁腈(AIBN)，反应物和乳化剂为阴离子聚氨酯水分散体(PUD)，以及甲基丙烯酸(MAA)为硬单体，丙烯酸丁酯(BA)为软