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水性聚氨酯(WPU)是相对于溶剂型聚氨酯而言的,它是聚氨酯粒子分散在连续相(水)中的二元胶体体系。由于其本身具有无毒、不易燃烧、无污染、节能、安全可靠等优点,目前发展非常迅速,应用于各工业领域。特别是近年来,由于溶剂价格的高涨和人们环保意识的增强,使水性聚氨酯取代溶剂型聚氨酯成为一个重要的发展方向。水性聚氨酯是包含交替的软段和硬段单元的嵌段状共聚物,并有少量带有被中和或季胺化成盐的离子基团和非离子亲水链段的重复单元。柔软的软段通常由聚酯或聚醚组成,而刚性的硬段则通常由被低分子量的醇或胺扩链的二异氰酸酯组成。通常认为,水性聚氨酯的性能主要决定于软硬段的相行为,以及离子特性。这种相行为还取决于软硬段的含量、结晶性、长短和极性,分子链间或链内的相互作用如氢键和库仑力等,以及总体组成和分子量大小。本文选取可再生、来源广泛、价廉的蓖麻油作为聚氨酯的多元醇组分,采用预聚体法,引入DMPA,通过自身乳化,交联改性合成水性聚氨酯乳液。在预聚过程中可以加入一定量的丁酮,以降低粘度以及作为共溶剂有利于涂膜的形成。研究了预聚物的合成工艺,考察了NCO/OH比值、羧基含量、中和剂种类和中和率、蓖麻油等对产品结构和性能的影响。发现NCO/OH初摩尔比提高,涂膜的硬度和机械强度也相应提高,但外观变差;适宜的NCO/OH摩尔比不仅使乳液具有较好综合性能,而且还可保持良好的外观;当羧基DMPA在固体份中的重量百分含量超过4.08%时,水性PU贮存稳定。亲水基团含量越高越有利于水性聚氨酯的稳定,但羧基含量太高,胶膜耐水性差。水性PU的粘度和DMPA的含量、中和度以及温度等因素有关。水性聚氨酯体系的粒子尺寸受DMPA的含量影响较大,含量越高,粒子尺寸越小。适当提高DMPA含量有利于乳液外观的改善以及涂膜力学性能的提高,但过高的DMPA含量将使耐水性变差,吸水率提高;随着中和度提高,乳液外观改善,贮存稳定性提高,涂膜拉伸剪切强度增大,但耐水性和断裂伸长率降低。并通过傅立叶红外光谱分析,表征了聚氨酯分子链中形成了由蓖麻油引入的碳碳双键及碳氧双键,以及交联结构的产生,从而提高水性聚氨酯涂膜的物理机械性能和耐水性。并介绍了水性聚氨酯配制运动场面漆的配方、工艺。以及用水性聚氨酯制成的运动场面漆组成与性能的关系。结果表明,当C. O. / N 220的摩尔比为1:1、NCO/ OH摩尔比为1. 4:1、DMPA添加量为5.5 %时合成的水性聚氨酯涂料具有较好的成膜性、较高的硬度、优异的附着力和较好的耐水、耐油性。由此制备的运动场面漆具有优异的性能。