data-full-width-responsive="true"> 0 引言自1937 年德国Otto Bayer 教授首次合成聚氨酯(PU)以来，因聚氨酯树脂具有优异的化学性能和机械物理性，在化学领域里得到了广泛的应用。聚氨酯涂料因具有优良的耐磨性、柔韧性、耐久性、防腐性和绝缘性而被广泛应用于石化设备、海洋、船舶、机电、车辆、纺织、皮革、木材、塑料、建筑等领域。随着各国环保法规对VOC 的限制以及人们对环保的重视，再加上技术上的不断进步，使得水性聚氨酯涂料作为聚氨酯涂料的一个方面得到迅速发展，正逐步有效地替代一些溶剂型聚氨酯涂料及其
他类型涂料。目前，水性聚氨酯树脂已在织物、皮革、粘合剂等领域得到了广泛运用，在木器涂料、建筑涂料、汽车涂料、塑料涂料、防腐涂料等领域也正逐步得以应用并不断发展。1 水性聚氨酯树脂的主要类型和基本性能水性聚氨酯涂料按施工应用及其所用成膜树脂的分子结构和制备原理等方面，可分为单组分常温自干型水性聚氨酯涂料、单组分高温烘干型水性聚氨酯涂料以及双组分常温自干型水性聚氨酯涂料三大类，目前主要以单组分常温自干型和双组分常温自干型两类居多。其中，单组分常温自干型水性聚氨酯涂料主要采用水性聚氨酯分散体(PUD)树脂制备而成，而双组分聚氨酯涂料则主要采用含羟基官能团的水性多元醇树脂与可水分散的异氰酸酯固化剂配合制备而成，两者有着本质的区别。前者在制备柔韧性涂料、应用于软质基材(如皮革、织物)上具有较大的优越性，且施工应用方便；后者由于具有较高的交联度，在制备高性能(耐水、耐溶剂、耐化学介质)、高硬度的涂料(如汽车涂料、地坪涂料)，应用于硬质基材上则更具优势。下面分别简要叙述这两类涂料所用树脂的主要类型和性能特点。11 单组分水性聚氨酯分散体(PUD)树脂的主要类型和性能特点PUD 树脂相比于其他结构类型的水性聚合物具更多的性能优点，主要表现在：⑴ 分子组成变化范围广，可赋予分散体树脂不同的性能特点(可软可硬)；⑵ 对底材具有良好的附着力和物理机械性能，如耐磨性和抗冲击性；⑶ 具有良好的低温成膜性和柔韧性；⑷ 脂肪族类树脂对光稳定，可适合户外使用；⑸ 经特制或改性的水性聚氨酯分散体具有良好的耐水、耐溶剂和耐化学性；⑹ 施工方便，干燥速度快；⑺ 与其他类型的水性聚合物(如丙烯酸乳液)具有良好的相容性；⑻ 分散于水中，无游离的异氰酸酯，毒性很小；⑼ 溶剂含量少，符合VOC 排放要求，甚至可做到零VOC。上述PUD 树脂的一些特有性能主要归结于其独特的化学结构。众所周知，水性聚氨酯树脂的分子链段结构主要由硬链段和柔性链段交替构成，其中硬链段中具有许多氨酯基团，可以通过生成氢键而形成物理交联，而软链段的活动性相对大一些，有助于分子链段的运动，将这些软硬链段结合在一个分子中，就可以赋予聚氨酯涂料既坚韧又柔软的独特性能。此外，在聚集态结构中也即最终形成的树脂涂膜中，通常存在软硬相区的微相分离，对于由分子结构规整的软链段形成的软相区通常会形成结晶，这些均可影响聚氨酯树脂涂层的性能表现。PUD 树脂按其离子类型、制备方式以及所用异氰酸酯单体和聚合物二元醇的类型间的区别可以分为多种类型，本文简要叙述木器、建筑、塑料、地板及一般工业用硬质水性聚氨酯树脂的主要类型和性能特点。上述涂料领域所用的PUD 树脂大多为阴离子型，其中，芳香族型多采用丙酮法制备而成，脂肪族或脂环族型多采用预聚物混合法工艺制备而成。目前，市售的芳香族水性聚氨酯产品主要采用甲苯二异氰酸酯(TDI)和二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)制备而成；而脂肪族和脂环族水性聚氨酯树脂多采用异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)和二环己基甲烷二异氰酸酯(H12MDI)等制备而成，也有少量采用六亚甲基二异氰酸酯(HDI)和其他异氰酸酯的混合物制备而成。在采用芳香族水性聚氨酯树脂制备涂料时，应注意其易黄变性。由于水性聚氨酯树脂特别是硬质类型，其涂层中异氰酸酯单体成份的含量远高于常规的溶剂型双组分聚氨酯涂料，因此其涂层的黄变程度尤为厉害，在选择此类树脂制备涂料时，应充分重视其黄变性对涂层使用性能的影响。根据PUD树脂制备所用的聚合物二元醇的结构类型，目前市售的PUD 树脂类型主要有聚醚型(由聚环氧乙烷、聚环氧丙烷和聚四氢呋喃制备而成)、聚酯型、聚碳酸酯型以及聚己内酯型，其中以聚醚型和聚酯型产品居多，在设计涂料配方时应根据应用领域对涂料性能的要求来合理选择不同聚合物二元醇类型的PUD 树脂。例如：应用于户外场合的，不能选用芳香族和聚醚型的聚氨酯树脂；在潮湿碱性使用场合，应慎用聚酯型；要求高耐候及耐水解的场合，应考虑选用脂肪族聚碳酸酯类水性聚氨酯树脂，要求具有低温柔韧性能的应考虑聚合物结晶性的影响，等等。表1 为不同聚合物二元醇的脂肪族型水性聚氨酯树脂的主要性能关系。
目前，国内外生产的水性聚氨酯分散体(PUD)树脂的公司很多，表2 是国外PUD 树脂的一些主要制造商及树脂商品名。
上述国外公司生产的PUD 树脂类型有脂肪族、芳香族型；有聚酯、聚醚、聚己内酯、聚碳酸酯型；有丙烯酸聚氨酯分散体型(Hybrid)、自动氧化干燥交联型和紫外光固化交联型等，主要推荐应用于皮革、织物、塑料、汽车、木材、地板及混凝土等诸多领域。国内PUD 树脂经过近十年的快速发展，在生产厂商的数量、产品品种及产品质量等方面均有了一定的发展或提升，但由于受原材料来源的制约影响，相比于国外公司，在产品品种和性能上仍然存在较大的差距，大多数产品的工艺路线多采用丙酮法生产，且产品品种仍以芳香族型居多，产品目前主要应用于皮革、织物等软质基材领域，在其他涂料应用领域尚待不断完善和提高。目前国内如合肥科天化工、安徽黄山永佳、淄博奥德美、淄博嘉丰、常州涂料院、广东东方树脂、嘉宝莉化工、温州寰宇高分子、浙江丽水优耐克等诸多单位均从事水性PUD 树脂及其相关产品的开发生产，产品已趋于成熟，可分别用于皮革涂饰剂、织物处理剂、皮革浆料、木器地板涂料、塑料涂料、胶粘剂等的制备。
