0 引言

　　聚氨酯（PU）是指在高分子主链上含有重复的氨基甲酸酯结构（—NHCOO—）的一类高分子聚合物，它通常是由多元醇与多异氰酸酯反应生成，可看做是软段与硬段的嵌段共聚物，通过控制其软硬段的比例，可使其具有优异的黏附性、柔韧性、耐磨性、耐冲击性、耐低温和耐溶剂性等优点，广泛应用于涂料、胶黏剂、泡沫塑料、织物整理剂等方面[1]。

　　但由于近年来环保要求日益严格，水性聚氨酯（WPU）越来越受到人们的关注。相比油溶性聚氨酯，其具有低VOC、无毒、无污染、不燃等优点，应用前景更广泛，但同时也存在耐水性、耐热性、力学性能较差等缺点，限制了其应用，为此需要对水性聚氨酯进行改性[2]。其中硅改性应用极为广泛，含硅物质一般具有耐氧化、耐水、难燃、绝缘和透气等特点，以此作为WPU 的改性剂，可结合硅和PU的优点，有效提高了WPU 固化膜的柔韧性、耐水性和热稳定性等[3]，一般可分为有机硅改性和无机硅改性。

1 有机硅改性水性聚氨酯

　　有机硅在分子链中同时含有—Si—O—Si—结构和有机基团，因此其兼有无机和有机材料的双重优点。高键能和低表面能的Si—O键使其具有良好的氧化稳定性和耐水性，同时有机基团的存在又使其具有良好的加工性能。其与高分子具有良好的相容性，并且一般含有高活性的官能团，能通过化学反应接枝到水性聚氨酯上，这使得其对水性聚氨酯耐水性、耐热性等的改善更持久[4]。一般可分为硅烷偶联剂改性、聚硅氧烷改性和多面体低聚倍半硅氧烷（POSS）改性。

1.1 硅烷偶联剂改性水性聚氨酯

　　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，对水性聚氨酯的力学性能带来极大的改进[5]。

　　Meera等[6]通过3-氨丙基三乙氧基硅烷（APTMS）对蓖麻油基水性聚氨酯进行改进。试验结果表明：聚氨酯-硅氧烷网络结构的确形成，并且随着硅烷比重从0增加到5%，水性聚氨酯的交联密度显著增加，水性聚氨酯的拉伸强度由13.4 MPa增加到25.9 MPa，玻璃化转变温度（Tg）和热稳定性也得到提高。

Li等[7]通过3-（甲基丙烯酰氧基丙基）三甲氧基硅烷（MAPTS）和二乙醇胺（DEA）之间的迈克尔加成合成了侧链上含硅烷的二醇（DEA-Si），将其和异佛尔酮二异氰酸酯（IPDI）、2，2-二羟基甲基丁酸（DMBA）、1，4-丁二醇（BDO）反应合成了具有梳形结构的硅改性水性聚氨酯。试验结果表明柔性链段中的Si元素易于迁移到聚合物-空气界面，对复合膜的表面疏水性和耐水性带来很大提高。随着DEA-Si含量由1.2%增加到16.5%，复合膜的表面接触角由74.0°增加到99.3°，吸水率由60%降到5%。其解决了只在PU预聚物两端引进硅基团会限制烷氧基硅烷在聚合物链上掺入量的问题，从而引入更高含量的硅，对水性聚氨酯的性能带来更大的改善。

1.2 聚硅氧烷改性水性聚氨酯

　　含有羟基或氨基的聚硅氧烷在分子链上含有大量重复的—Si—O—Si—结构，其分子具有良好的柔顺性和稳....