水性聚氨酯的制备及改性方法
水性聚氨酯—丙烯酸酯复合乳液的制备及其改性研究
水性聚氨酯—丙烯酸酯复合乳液的制备及其改性研究水性聚氨酯—丙烯酸酯复合乳液的制备及其改性研究摘要：水性聚氨酯（PU）乳液是一种广泛应用于涂料、胶粘剂、纺织品、皮革等领域的材料。
然而，由于其机械性能、耐久性和稳定性方面的局限性，对PU的改性研究成为目前研究的热点之一。
本文以聚醚型水性PU乳液为基础，通过丙烯酸酯的引入，制备了一种新型的聚氨酯—丙烯酸酯复合乳液，并对其性能进行了改性研究。
一、引言水性PU乳液具有优异的物理和化学性能，但其力学性能和耐久性方面还有待改善。
丙烯酸酯（AC）是一种具有良好耐候性和耐磨性的聚合物，将AC引入PU乳液中可以显著改善其力学性能和耐久性。
二、实验方法1. 制备聚氨酯—丙烯酸酯复合乳液通过改变聚醚多元醇/二异氰酸酯（IPDI）的配比、丙烯酸酯的引入量以及反应温度和时间等条件，制备了一系列聚氨酯—丙烯酸酯复合乳液。
2. 表征方法使用红外光谱（FTIR）、动态力学热分析（DMA）、扫描电子显微镜（SEM）等技术对制备的复合乳液进行表征。
3. 性能测试对复合乳液进行力学性能、耐久性和稳定性等性能测试，比较原有PU乳液和复合乳液的差异。
三、结果与讨论1. FTIR分析结果表明，丙烯酸酯成功引入到PU乳液中。
2. DMA测试结果显示，引入丙烯酸酯后，复合乳液的玻璃化温度和弹性模量显著提高，表明其力学性能得到了改善。
3. SEM图像显示，复合乳液中的丙烯酸酯形成了均匀分散的微观颗粒，有助于提高涂膜的物理强度和粘附性能。
4. 力学性能测试结果表明，复合乳液的抗张强度、弹性模量和断裂伸长率都有明显的增加。
5. 耐久性测试结果表明，复合乳液具有更好的耐候性和耐磨性。
6. 稳定性测试结果表明，复合乳液具有良好的贮存稳定性，不易发生乳化分离现象。
四、结论通过将丙烯酸酯引入水性PU乳液中，制备了一种新型的聚氨酯—丙烯酸酯复合乳液。
通过对其性能进行测试与分析，发现复合乳液具有优异的力学性能、耐久性和稳定性。
硅烷改性水性聚氨酯的制备和性能研究
硅烷改性水性聚氨酯的制备和性能研究摘要：本文对硅烷改性水性聚氨酯的制备方法和性能进行了研究。
通过改变硅烷添加量和反应条件，得到了不同硅烷改性水性聚氨酯的样品，并对其物理性能进行了测试。
实验结果表明，硅烷的添加可以显著改善水溶性聚氨酯的耐磨性、硬度和耐久性。
1. 引言水性聚氨酯作为一种环保型涂料材料，具有良好的附着性、抗冲击性和耐磨性等特点，被广泛应用于家具、汽车、建筑等行业。
然而，水性聚氨酯在一些特殊环境下的性能还有待改善。
为了提高水性聚氨酯的性能，许多研究者开始探索添加不同功能化合物来改性聚氨酯的方法。
硅烷在聚氨酯材料中具有独特的性质，可以提高材料的耐磨性、硬度和耐久性。
因此，将硅烷引入水性聚氨酯中，可以进一步提高其性能，并满足特定应用领域的需求。
2. 实验方法2.1 材料本实验使用的材料包括聚醚多元醇、二异氰酸酯、硅烷、有机溶剂和助剂。
2.2 制备方法首先，将聚醚多元醇、二异氰酸酯和有机溶剂按一定比例混合，并在一定温度下反应一段时间，制备水性聚氨酯树脂。
然后，将硅烷逐渐添加到水性聚氨酯树脂中，并继续搅拌反应一段时间，以确保硅烷均匀分散在聚氨酯中。
最后，将助剂加入混合物中，搅拌均匀后得到硅烷改性水性聚氨酯。
3. 结果与讨论3.1 形态观察通过扫描电子显微镜观察硅烷改性水性聚氨酯的表面形态，发现添加硅烷后，聚氨酯表面出现了一层均匀的硅烷膜。
硅烷膜有助于提高水性聚氨酯的耐磨性和硬度。
3.2 力学性能测试使用万能材料试验机测试硅烷改性水性聚氨酯的硬度、强度和弹性模量。
实验结果表明，硅烷的添加可以显著提高水性聚氨酯的硬度和强度，同时不影响其弹性模量。
3.3 耐久性测试将硅烷改性水性聚氨酯样品置于一定湿度和温度条件下进行耐久性测试。
测试结果显示，在相同条件下，硅烷改性水性聚氨酯的耐久性比普通水性聚氨酯更好，更能抵抗湿度和温度的影响。
4. 结论通过添加硅烷改性水性聚氨酯的制备方法和性能研究，我们得出以下结论：1. 硅烷的添加可以形成均匀的硅烷膜，提高水性聚氨酯的耐磨性和硬度；2. 硅烷的添加不影响水性聚氨酯的弹性模量，保持了其良好的弹性特性；3. 硅烷改性水性聚氨酯具有较好的耐久性，能更好地应对湿度和温度的影响。
水性聚氨酯及其改性方法
水性聚氨酯及其改性方法水性聚氨酯（Waterborne Polyurethane，WPU）是一种以水为分散介质的聚氨酯树脂。
相比于传统的有机溶剂型聚氨酯树脂，水性聚氨酯具有环保、无毒、低挥发性、易操作以及涂膜性能优良等特点。
因此，在目前的涂料、胶黏剂、纺织品等领域得到了广泛的应用。
水性聚氨酯的制备方法主要有两种：溶剂法和水分散法。
溶剂法是先将聚合物和有机溶剂混合，然后加入异氰酸酯单体进行反应，最后除去有机溶剂得到产品。
溶剂法制备的水性聚氨酯具有分散性好、颗粒细、粘度低等特点。
而水分散法是利用乳化剂或分散剂使聚合过程发生在水中，再通过蒸发水分形成聚氨酯分散体，最后通过过滤去除杂质得到产品。
水分散法制备的水性聚氨酯无需有机溶剂，更加环保。
1.交联改性：通过引入交联剂，如多异氰酸酯、多醇等，使聚氨酯形成三维网络结构，增强其耐磨性、耐化学品性、耐温性等性能。
2.聚合物分散法：将其他合成树脂或聚合物分散到水性聚氨酯中，形成复合体系，提高涂膜的性能，如增强耐候性、耐刮擦性、硬度等。
3.功能性改性：在水性聚氨酯体系中引入改性剂，如改善流平性和润湿性的表面活性剂、增强抗静电的导电剂等，以增强涂膜的特殊性能。
4.纳米增强：通过引入纳米颗粒，如氧化锌、氧化硅等，以增加涂层的硬度和耐用性。
5.共聚改性：将其他具有特殊功能的单体引入水的聚氨酯反应体系中，并进行聚合，以获得具有特殊性能的共聚物。
综上所述，水性聚氨酯作为一种环保、优良性能的树脂，广泛应用于各个领域。
通过不同的改性方法，可以进一步提高水性聚氨酯的性能，满足不同应用领域的需求。
随着技术的进步，水性聚氨酯的制备方法和改性方法也将不断创新和发展。
水性聚氨酯合成、改性及应用前景
水性聚氨酯合成、改性及应用前景摘要：随着水性聚氨酯合成与改性工艺的不断进步，水性聚氨酯的应用也得到了极大地提升，反过来由于水性聚氨酯涂料的优异性能以及其极好的应用前景近些年来有关于水性聚氨酯的合成与改性研究也是如火如荼。
本文主要介绍了水性聚氨酯涂料的合成方法，综述了水性聚氨酯的改性方法，包括丙烯酸酯改性、环氧树脂改性、有机硅改性、纳米材料改性和复合改性，并对水性聚氨酯涂料的发展进行了展望。
关键字：水性聚氨酯；合成；改性；丙烯酸酯；有机硅。
水性聚氨酯是以水代替有机溶剂作为分散介质的新型聚氨酯体系，也称水分散聚氨酯、水系聚氨酯或水基聚氨酯。
水性聚氨酯以水为溶剂，无污染、安全可靠、机械性能优良、相容性好、易于改性等优点。
水性聚氨酯可广泛应用于涂料、胶粘剂、织物涂层与整理剂、皮革涂饰剂、纸张表面处理剂和纤维表面处理剂。
水性聚氨酯虽然具有很多优良的性能，但是仍然有许多不足之处。
如耐水性差、耐溶剂性不良、硬度低、表面光泽差等缺点，由于水性聚氨酯的这些缺点，我们需要对其进行改性，目前常见的改性方法有丙烯酸酯改性、环氧树脂改性、有机硅改性、纳米材料改性和复合改性等，本文将对水性聚氨酯的合成与改性进行阐述。
一、水性聚氨酯的合成水性聚氨酯的制备可采用外乳化法和自乳化法。
目前水性聚氨酯的制备和研究主要以自乳化法为主。
自乳化型水性聚氨酯的常规合成工艺包括溶剂法(丙酮法)、预聚体法、熔融分散法、酮亚胺等。
丙酮法是先制得含端基的高粘度预聚体，加入丙酮、丁酮或四氢呋喃等低沸点、与水互溶、易于回收的溶剂，以降低粘度，增加分散性，同时充当油性基和水性基的媒介。
反应过程可根据情况来确定加入溶剂的量，然后用亲水单体进行扩链，在高速搅拌下加入水中，通过强力剪切作用使之分散于水中，乳化后减压蒸馏回收溶剂，即可制得PU 水分散体系。
反应的整个过程中，关键的是加入丙酮等溶剂以达到降低体系粘度的目的。
由于丙酮对PU 的合成反应表现为惰性，与水可混溶且沸点低，因此在此法中多用丙酮作溶剂，故名“丙酮法”。
水性聚氨酯合成方法
水性聚氨酯合成方法
水性聚氨酯的合成方法有以下几种：
1. 预聚体法：将聚醚二元醇、聚酯二元醇或聚碳酸酯二元醇、异佛尔酮二异氰酸酯、MDI和二元胺加入反应釜中进行反应合成。
2. 两步法：在室温下，异佛尔酮二异氰酸酯与二元醇先反应生成丁二醇二异氰酸酯（BDI），然后在水中加入BDI，再加入二元胺，进行反应，生成聚合物。
3. 水解法：将异氰酸酯和二元醇溶于有机溶剂中，在水中加入碱性水解剂，水解产生出无机盐和聚氨酯，然后再加入二元胺调整pH值，使聚合物变为水溶性。
4. 无溶剂法：在二元醇、二异氰酸酯和催化剂的催化下，进行聚合反应，生成水性聚氨酯。
以上是水性聚氨酯的几种常见的合成方法。
不同方法的步骤和条件有所不同，需要根据具体情况选择合适的方法。
水性聚氨酯及其改性方法
随着各国环保法规的确立和环保意识的增强，传统的溶剂型涂料中的挥发性有机化合物（VOC）的排放越来越受到限制。
因此，开发低污染环保型的水性涂料、粉末涂料、高固含量涂料和光固化涂料已成为开发的主要方向。
水性聚氨酯（PU）涂料具有良好的物理机械性能和优良的耐寒性。
但是，由于单一PU乳液存在自增稠性差，固含量低，乳胶膜的耐水性差，光泽性较差，机械强度不及丙烯酸树脂，且成本较高等缺陷，其应用受到一定的限制。
而聚丙烯酸酯（PA）乳液具有较好的耐水性、物理机械性能和耐候性能，故PU和PA在性能上具有互补性。
所以将聚氨酯乳液与聚丙烯酸酯乳液复合制备水性聚氨酯一聚丙烯酸酯（PUA）复合乳液，兼有聚氨酯乳液和聚丙烯酸酯乳液的优良特性，成本较低，具有较好的应用前景。
利用有机硅和有机氟对水性聚氨酯进行改性，将各自优点融合起来，突出了环保和高效的特点，获得了更优的特性，因而得到人们的广泛关注与快速发展。
有机硅材料具有耐高低温、耐老化、耐臭氧、电绝缘耐燃、无毒、无腐蚀和生理惰性等优异性能，因而是聚氨酯改性产品的理想材料。
另外，由于氟原子半径小，电负性强、碳氟键键能高，因此赋予了氟涂料极好的利紫外线和核辐射性、柔韧性，优良耐磨性，低表面能，高抗张强度，高电阻率和高耐候性，含氟的聚氨酯树脂涂料就是一种可常温固化的具优异性能的涂料品种。
1.2 水性聚氨酯概述聚氨酯是聚氨基甲酸酯的简称。
凡是在高分子主链上含有许多重复的-NHCOO-基团的高分子化合物通称为聚氨基甲酸酯（Ployurethnae，简称PU）。
通常所说的聚氨酯系由二元或多元有机异氰酸酯与二元或多元醇化合物（聚醚多元醇或聚酯多元醇）相互反应而得的，其大分子主链是由玻璃化温度低于室温的柔性链段和玻璃化温度高于室温的刚性链段嵌段而成的依据聚氨酯材料的本身结构，可以分为体形与线形，一般由于所用原料官能团数目的不同，可以合成体形或线形结构的高分子，如当有机异氰酸酯和多元醇化合物均为二官能团时，即可得到线形结构得高聚物，若其中之一种或两种，部分或全部具有三个及三个以上官能团时则得到体形结构的聚合物，由于聚合物的结构不同，性能也不一样，利用这些性质，聚氨酯类聚合物可以用在橡胶、塑料、纤维、涂料、猫合剂、皮革、染整纺织等方面[1]。
水性聚氨酯的合成
水性聚氨酯树脂和其他树脂一样, 其最终制品的性能是由内部结构决定的。
阳离子型水性聚氨酯是将叔胺官能团引入到聚氨酯的大分子中而制得的。
通常用含叔胺基的二醇作扩链剂, 用烷基化剂或合适的酸进行季铵化而得到离子基团。
和普通的聚氨酯一样可用不同种类的多元醇、不同结构的二异氰酸酯、不同类型的扩链剂、不同类型的中和剂和采用不同的合成方法进行合成。
阳离子型水性聚氨酯的骨架上带有阳离子基团, 这就使其具有了一些独特的性能, 在皮革、涂料、胶粘剂、纺织和造纸等领域有着较好的应用。
此外, 阳离子水性聚氨酯对水的硬度不敏感, 且可以在酸性条件下使用。
因此, 开发出性能优异的阳离子水性聚氨酯, 其市场前景非常广阔。
1 阳离子水性聚氨酯的合成 1.1 合成机理合成阳离子水性聚氨酯时, 一般通过两种途径引入阳离子。
一是用卤素元素化合物引入阳离子,该机理先将聚醚或者聚酯二醇与二异氰酸酯制成预聚体, 加入溶剂降低粘度后, 加入卤素元素化合物( 如2,3-二溴丁二酸) 扩链, 然后再加入溶剂降低粘度, 加入三乙胺季铵化, 搅拌离子化, 将离子化后的PU 分散到水中, 高速剪切乳化, 最后蒸除溶剂。
该机理的季铵化是SN2(亲核取代反应) 二是用叔胺化合物引入阳离子, 该机理首先将聚醚或者聚酯二醇与二异氰酸酯制成预聚体, 加入溶剂降低粘度后, 用叔胺化合物( 如N- 甲基二乙醇胺) 扩链, 再加入溶剂降低粘度, 然后加入离子化试剂如乙酸, 搅拌离子化。
将离子化后的PU 分散到水中, 高速剪切乳化, 最后蒸除溶剂。
该机理的季铵化是酸碱中和。
1.2 合成方法阳离子水性聚氨酯的合成与阴离子水性聚氨酯的合成最大的不同就是阳离子水性聚氨酯需加酸成盐, 因此一般不在水中用胺扩链, 所以阳离子水性聚氨酯一般不用阴离子水性聚氨酯常用的预聚体混合法。
从国内外近年来的研究来看, 阳离子水性聚氨酯的合成主要有熔融法和丙酮法。
熔融法是无溶剂制备水性聚氨酯的重要方法。
目前水性聚氨酯的十大合成工艺
水性聚氨酯涂料是目前市场需求量较大的产品之一, 它适用于热敏温度低于(60 — 80) ℃常温交联固化的高、中档木器(家具等), 高档建筑装饰、高级汽车、飞机及航天器材等的中涂和表面涂装。
产品配方：１、改性三聚体交联剂产品可由TDI 、IPDI 、MDI 和XDI 等异氰酸酯制造。
其芳香族NCO反应温度在(120—150) ℃，脂肪族NCO 反应温度在(150—200) ℃。
它的最大优点是无黄变, 水白透明, 较适用于羧酸型等水性聚氨酯的常温交联剂。
为增强综合性能, 需采用两个NCO 基团活性不同的二异氰酸酯,并要将反应中产生的端NCO 用多元醇- 羧酸反应掉, 以利于胺中和及产物的水溶性。
由于其熔点高,反应需分阶段在有机溶剂中进行, 有机膦催化剂及120 ℃以上温度, 异氰酸酯可发生自缩聚反应,生成三聚体化合物。
其催化剂中戊杂环膦化氢是最有效的, 反应温度低, 收率可达90 % , 再用三聚催化法促进反应完全, 并对残基进行封闭。
产品配方：NCO ：多元醇羧酸( 物质的量比) 为6：1：1.43。
工艺步骤: 多元醇- 羧酸溶液制备, 按配方将新戊二醇、苯偏三甲酸酐、DMPA 、二甲苯、甲苯加入反应釜搅拌,升温至80 ℃ , 完成溶解后, 升温至148 ℃回流脱水至透明后, 过滤出料备用。
亚胺预聚体的制备: 按配方将二甲苯、甲苯加入反应釜, 升温至148 ℃回流脱水后, 加入10 % 磷酸(甲苯) 液降温至120 ℃, 通入氮气, 将TDI 、IPDI 加入单体滴加釜, 在2 . 5h 内完成滴加后, 升温至130 ℃反应1h , 将10 % 戊杂环膦化氢液加入滴加釜, 开始缓慢滴加, 不断观察物料反应情况, 防止爆聚, 滴完在130℃反应2h 、140 ℃ 1h 、145 ℃30min , 降温至70 ℃, 将多元醇- 羧酸液加入滴加釜开始滴加,滴完在70 ℃反应(2—3) h , 检测NCO 转化率达96 % , 加入10 % 醋酸锂液, 此时有两种工艺: 一是降温至25 ℃, 静置7d ; 二是升温至(80—90) ℃反应(2—3) h , 测游离TD I 在0.3% 以下, 加入10 % 对甲苯磺酸甲酯液、10 % 二甲基吡唑液升温至85 ℃反应20min , 抽真空脱出2/3量的有机溶剂, 再加入亲水溶剂调节固含量为50 % , 降温至50 ℃加入50 % 三乙胺水溶液、N-甲苯二乙醇胺调节p H 值至8.5 , 升温到60 ℃反应至透明, 降温到40 ℃出料.２、改性HDI 缩二脲交联剂产品配方：NCO：H2O = 3：1.1，NCO：OH =6：1, 理论NCO 含量= 15.9 % , 采用分阶段聚合反应、中和法。
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聚氨基甲酸酯（polyurethane），简称聚氨酯（PU），是分子结构中含有重复氨基甲酸酯（-NHCOO-）结构的高分子材料的总称。
聚氨酯一般由二异氰酸酯和二元醇或多元醇为基本原料经加聚反应而成，根据原料的官能团数不同，可制成线形或体形结构的聚合物，其性能也有差异。
聚氨酯具有良好的力学性能、粘结性能及耐磨性等，在各领域得到了广发应用。
由于溶剂型聚氨酯的溶剂为有机物，具有挥发性，不仅污染环境，而且对人体有害。
在人们日益重视环境保护的今天以及环保法规的确立，溶剂型涂料中的有机化合物的排放量受到了严格的控制，因此，开发污染小的水性涂料已成为研究的主要方向。
水性聚氨酯（WPU）具有优异的物理机械性能，其不含或含有少量可挥发性有机物，生产施工安全，对环境及人体基本无害，符合环保要求。
其生产方法分为外乳化法和内乳化法，外乳化法又称强制乳化法，由使用这种方法得到的乳液稳定性较差，所以使用较少。
目前使用较多的是内乳化法，也称自乳化法，即在聚氨酯分子链上引入一些亲水性基团，使聚氨酯分子具有一定的亲水性，然后在高速分散下，凭借这些亲水基团使其自发地分散于水中，从而得到WPU。
然而，亲水基团的引入在提高聚氨酯亲水性的同时却降低了它的耐水性和拒油性。
为了改善其耐水性和拒油性，通常是将强疏水性链段引入聚氨酯结构之中。
有机硅、有机氟由于其表面能低和热稳定性好受到人们的重视，已经得到了广泛应用。
同时利用纳米材料来提高涂膜的光学、热学和力学性能。
纳米改性WPU 完美地结合了无机物的刚性、尺寸稳定性、热稳定性及WPU的韧性、易加工性，纳米改性WPU为涂料向高性能化和多功能化提供了崭新的手段和途径，是最有前途的现代涂料研究品种之一。
[1]1.2 水性聚氨酯的基本特征及发展历史1937年德国的Otto Bayer博士首次将异氰酸酯用于聚氨酯的合成。
直到1943年德国科学家Schlack在乳化剂或保护胶体存在的情况下，将二异氰酸酯在水中乳化并在强烈搅拌下加入二胺，首次成功制备了水性聚氨酯。
1975年研究者们向聚氨酯分子链中引入亲水成分，从而提高了水性聚氨酯的乳液稳定性和涂膜性能，其应用领域也随之拓广。
进入21世纪以来，随着水性聚氨酯乳液应用范围的进一步拓宽，世界范围内日益高涨的环保要求，进一步加快了水性聚氨酯工业发展的步伐。
[2]相对于国外，国内的水性聚氨酯发展较晚。
我国水性聚氨酯的研究开始于上世纪七十年代，1976年沈阳皮革研究所最早研制出用于皮革涂饰用的水性聚氨酯。
而进入八十年代以后，水性聚氨酯的研究发展速度加快，许多研究所、大专院校都开始了水性聚氨酯的研究，并且已经有大量的产品被研究开发出来，但是与国外相比尚存在着一定差距。
[3～7]1.3 水性聚氨酯的分类及制备方法1.3.1 水性聚氨酯的分类WPU主要由二异氰酸酯和多元醇制备而成，由于二异氰酸酯和多元醇的种类均多种多样，这使得WPU品种繁多，性能各异，制备方法不一。
其分类主要分以下几种方式：（1）按外观分类：可分为水溶液（粒径＜0.001μm，外观透明）、分散液（粒径0.001～0.1μm，外观半透明）和乳液（粒径＞0.1μm，外观不透明）；（2）按使用形式分类：可分为单组分聚氨酯和双组分聚氨酯；（3）按亲水基团的性质分类：可分为阴离子型、阳离子型和非离子型三种。
阴离子型水性聚氨酯又可分为磺酸型、羧酸型等，以羧酸型居多。
另外，还有一些水性聚氨酯分子链上同时具有阴阳两性离子基团，它不属于以上三种类型；（4）按聚氨酯原料分类：根据低聚物多元醇的种类不同，可分为聚醚型、聚酯型和聚烯烃等；按异氰酸酯的种类分，可分为芳香族异氰酸酯型、脂肪族异氰酸酯型和脂环族异氰酸酯型，按异氰酸酯具体原料的不同还可细分为TDI、HDI、MDI和IPDI型等。
1.3.2 水性聚氨酯的制备方法WPU的制备方法可分为外乳化法和自乳化法。
外乳化法又称强制乳化法，分散时需要添加乳化剂，经高速搅拌分散于水中制得WPU。
由此制备的乳液使用了较多的乳化剂，不仅乳液不稳定，也影响涂膜性能。
所以现在使用的主要方法是自乳化法。
其原理是在聚氨酯链段上引入亲水基团，提高亲水性，以便于分散于水中，无需使用乳化剂。
自乳化法制得的WPU稳定性好、力学性能好。
自乳化法又可分为丙酮法、预聚体法、熔融分散法、酮亚胺-酮连氮法、保护端基法等，其工艺及特点如表1.1所示。
表1.1 水性聚氨酯的主要制备方法[8]方法工艺特点丙酮法预聚体→丙酮降粘→扩链→季铵化→水分散→蒸出丙酮→水性聚氨酯产品质量好，生产重现性好，产率低，工艺复杂，生产成本高预聚体法预聚体→引入亲水性基团→分散于水→扩链→季铵化→水性聚氨酯工艺简单，成本低，不用或少用溶剂，产品质量不如丙酮法熔融分散法预聚体→熔融→季铵化→羟甲基化→分散于水→水性聚氨酯工艺简单，不用溶剂，效率高，但反应不完全，产品质量不好酮亚胺-酮连氮法含-NCO的离聚物加酮亚胺（或甲酮连氮）→分散于水→扩链→水性聚氨酯产品质量好，工艺简单经济1.4 水性聚氨酯的应用情况WPU在某些性能上与溶剂型聚氨酯还存在差距，但具有无毒、不燃、无环境污染、节能、安全、成膜透气性好等优点。
WPU已在通用溶剂型聚氨酯所覆盖的领域大量使用，成功地应用于轻纺、皮革加工、涂料、木材加工、建材、造纸和胶黏剂等行业。
皮革工业加工中PU乳液涂饰后的皮革，具有光泽度高、手感好、耐磨耗、不易断裂、弹性好、耐低温性能和耐屈挠性能优良等特点，克服了丙稀酸类树脂涂饰剂“热粘冷脆”的缺陷。
此外，在纺织品涂层整理中有广泛的应用。
WPU 对纺织品的成膜性好、粘接强度高、能赋予织物柔软、丰满的手感，改善织物耐磨性、抗皱性、回弹性、通透性和耐热性等。
WPU比有机溶剂型PU应用成本低、无公害、易处理、粘合效果好，在胶黏剂及涂料行业有很好的发展前途。
PU 离子聚合物对天然和合成橡胶表面均具有很好粘接性，可用于鞋类的制造。
目前，WPU主要用做家具漆、电泳漆、电沉积涂料、建筑涂料、纸张处理涂料、玻璃纤维涂料等除此之外水性涂料还有一些特殊用途，如用作安全玻璃的中间涂膜，以制成安全玻璃，广泛用于汽车、飞机、轮船或航天仪器。
[9～10]1.5 水性聚氨酯的改性WPU材料是一类性能非常全面的材料，在涂料、胶黏剂等诸多领域都得到了比较广泛的应用，但其也有一些先天的缺陷，为了能够更好的提高WPU的综合性能，从而扩大其应用范围，就需要对WPU进行适当的改性。
近些年来对WPU的改性研究已经变成了一个热点，改性方法也日新月异。
为了得到WPU，通常在WPU分子链引入亲水性基团。
但是亲水性基团的引入，致其形成的涂膜具有较高的表面自由能，在提高亲水性的同时降低了涂膜的耐水性和拒油性。
为了提高WPU的耐水性、耐酸碱性、耐候性等性能，可以利用其他材料对WPU进行改性，包括丙烯酸酯改性、环氧改性、有机硅改性、有机氟改性、纳米改性等等，本文主要研究了有机硅、有机氟及纳米改性WPU，以下主要介绍一下此三种改性的研究发展情况。
1.5.1 有机硅改性水性聚氨酯有机硅改性WPU在近几年得到了很大的发展。
有机硅化合物表面能低，具有优异的耐高低温性、耐老化性、耐介质性和耐候性及较好的疏水性。
采用有机硅改性WPU，既保留了WPU优异的力学性能，又享有有机硅优异的耐水性、耐油性及耐高低温性能，显示出两者优异的综合性能。
有机硅改性WPU的方式多种多样，其中以有机硅、纳米蒙脱土复合改性及有机硅、聚氨酯互穿网络改性的方法较为新颖。
有机硅改性WPU的形式主要有以下几种：硬段含硅WPU 、软段含硅WPU 、有机硅封端WPU 、有机硅交联改性WPU 。
其中又可分为主链含硅WPU 和侧链含硅WPU 。
各种改性均能提高WPU 的性能，但改性程度及效果略有差别。
软、硬段含有机硅的WPU ，可提高涂膜的光亮性、柔软性、疏水性、耐溶剂性和力学性能等，用有机硅改性WPU 处理过的皮革具有更高的耐擦洗级数，手感舒适。
使用一元醇有机硅封端改性WPU ，制得的乳液稳定性好，由于链端的自由运动能力远远大于链段中部，硅氧烷链段可在乳液固化成膜时自由向涂膜表面聚集，涂膜表面富集有机硅，对聚氨酯材料有明显的表面改性作用。
[11～17]本文采用γ-氨丙基三乙氧基硅烷进行封端改性WPU ，γ-氨丙基三乙氧基硅烷属于硅烷偶联剂，简称WD -50，其分子式为NH 2（CH 2）3Si （OC 2H 5）3，用其改性WPU ，可以提高WPU 粘结性能，耐水性、耐酸碱性，抗压、弯曲、剪切等性能。
1.5.2 有机氟改性水性聚氨酯有机氟的主要基团-CF 3的表面能只有6mJ/m 2，是目前已知表面能最低的材料。
含有C -F 键的聚合物分子间具有较低的作用力，所以含氟聚合物具有较低的表面自由能及较强的拒水、拒油性。
由于有机氟的引入既保留了聚氨酯原有优异的机械性能，又提高了WPU 的表面性能和整体性能，赋予材料优异的低表面能特性、拒水性、拒油性、耐磨性、耐热性、耐化学品性和良好的生物相容性，已成为WPU 的新兴发展方向。
绿色及环境友好的WFPU 已经广泛的应用于国防、军工、民用等领域，如涂料工业、皮革装饰、纺织整理和医药等行业，应用前景较好，引起了国内外一些研究人员的重视。
目前，WFPU 的合成中，含氟链段的引入方式主要有：由聚氨酯硬段引入、由聚氨酯软段引入、有机氟作为封端剂及由丙烯酸酯引入等方法。
由于含氟异氰酸酯的制备工艺复杂，成本较高，限制了其工业化发展，所以使用较少。
含氟低聚物二醇可作为软段合成FPU ，若FPU 的氟原子连接在主链上，对含氟链段向表面的迁移不利，对材料表面性能的改善不明显；若氟原子处于侧链上，其固化成膜时，涂膜外层水分挥发快，内层挥发慢，即外层含水量小，则疏水性的含氟支链会自动迁移到涂膜表面，如图1.1所示，对涂膜性能有较大的改善，其耐热性、耐水性、耐溶剂性得到很大的提高。
含氟二醇作为扩链剂合成的WFPU ，比普通的WPU 有更好地热稳定性、耐水性和拒油性等。
[18～22]主链固体含氟支链图1.1 含氟支链水性聚氨酯涂膜状态示意图本文分别使用小分子含氟低聚物二元醇的羟基含氟聚醚和含氟IPDI作为硬段，以及大分子含氟低聚物二元醇的FPOL作为软段三种方式合成WFPU，研究其对WPU的改性效果。
1.5.3 纳米改性水性聚氨酯纳米改性WPU完美地结合了无机物的尺寸稳定性、热稳定性及WPU的机械性能及易加工性，同时利用了纳米材料表面效应、量子尺寸效应，使涂膜的光学、热学和力学性能等得到显著提高。
纳米改性WPU为涂料向高性能化和多功能化提供了崭新的手段和途径，是最有前途的现代涂料研究品种之一。
[23～25]纳米改性WPU的制备方法主要有：共混法、原位聚合法、溶胶‒凝胶法、插层聚合法。
其中共混法制备工艺简单、生产成本低，但也存在一些问题，如纳米组分在聚合物中不能完全分散，易聚团，很难稳定存在，同时两者相互混合时不能相容，容易发生相分离现象。