水性聚氨酯(WPU)

以水作为分散介质，节约能源、无污染，符合环保要求。水性聚氨酯对基材有着极高的附着力，固化的漆膜耐腐蚀性、耐化学性能优异，涂膜收缩率小、硬度高、耐磨性好、电气绝缘性能优异，具有极高的物理和耐化学性能。广泛用于纺织、皮革、涂层及粘附剂等领域。

近年，随着国内外对环境保护的要求越来越高，WPU的研究及工业化也越来越受到科研人员和企业的重视。但是，由于WPU主链中含有亲水侧基，形成薄膜以后，仍具有一定的亲水性，并且WPU大多数是线型聚合物，相对分子质量较低，因此，其耐水性、耐溶剂性和机械性能较差。

针对WPU存在的问题，科研工作者提出了不同的改性方法，比如，环氧丙烯酸酯改性、聚硅氧烷改性、氟改性等。考虑到氟价格昂贵，且全氟聚醚在自然界中不能降解，在生物体内产生的累积效应限制了其应用范围，有机硅具有廉价易得的优势，因此，硅烷偶联剂、聚硅氧烷、纳米硅材料等常作为添加剂改善WPU的性能。

聚二甲基硅氧烷改性

WPU

聚二甲基硅氧烷(PDMS)主链由Si-0键构成，以甲基为侧基，具有低表面能、高热稳定性和可见光区域高透明度等特性。因此，在改善WPU薄膜的耐水性能、热稳定性等方面具有显著的作用。常见的聚二甲基硅氧烷(PDMS)改性WPU可以分为嵌段改性和接枝改性两种方式。

一、嵌段改性

聚二甲基硅氧烷嵌段改性水性聚氨酯（BWPU）是最为常见的一种改性方式，通常采用双端羟基（HO-PDMS）或双端氨基（NH2-PDMS）聚二甲基硅氧烷配合其他多元醇作为软段制备WPU。一般情况下，羟基的反应活性较低，反应过程易于控制，而氨基的反应活性较高，反应剧烈，容易发生爆聚。但是NH2-PDMS和聚氨酯硬段的相容性比HO-PDMS好，所得的复合材料表面更光滑、力学性能更好。

图1：嵌段改性

二、

接枝

改性

对于嵌段改性的WPU，PDMS位于聚氨酯主链上，链段运动容易受到限制，从而妨碍其向材料表面迁移，这就导致需要添加较多的改性剂才能达到较好的防水效果。采用单端双羟基的PDMS，可以将PDMS悬挂于WPU主链上，得到接枝改性水性聚氨酯（GWPU）。这样可以提高PDMS的运动能力，使其自由地向薄膜表面迁移，在添加量较少的情况下，提高薄膜表面的防水性能。

仅采用PDMS单一改性WPU，一般对聚氨酯薄膜的耐油性没有明显的提高作用，且会影响薄膜的力学性能。因此，常采用有机氟或丙烯酸等助剂协同改性WPU，以期得到综合性能较好的薄膜。

图2：接枝改性

硅烷偶联剂改性

WPU

硅烷偶联剂一般由含有官能团的碳主链非水解基团和Si-O-R等可水解基团两部分组成，其中Si-O-R基团经过水解缩聚可在分子链间形成-Si-O-Si-的交联结构，对WPU的力学性能带来极大的改进。相比于PDMS改....