聚氨酯材料因其分子链中氨基甲酸酯键的可设计性,能够通过调整软硬段比例及引入功能基团实现材料优异的耐久性、弹性与机械性能平衡。近年来,将聚酯改性为水性聚氨酯的研究备受关注,但传统水性体系往往面临耐水性差、分散稳定性不足以及功能单一等挑战。Gao等
[1]将磺酸型水性聚酯乳液与多硫醇基封端水性聚氨酯乳液进行物理改性,再经巯基-烯点击反应固化,改性后聚酯涂膜的附着力、韧性及耐水性获得提升,但离子型磺酸基的存在仍会导致吸水率偏高。Zheng等
[2]以磺酸型水溶性硬聚酯二元醇和软聚酯二元醇为前驱体,以异佛尔酮二异氰酸酯(isophorone diisocyanate,IPDI)为扩链剂对水性聚酯进行后聚合改性,赋予了聚酯弹性体特性并提高了聚合物的分子量,拓宽了水性聚酯的应用范围,但同时其扩链剂的选择局限于常规二元醇。需要关注的是,在改性过程中,通过搭配使用不同种类的二元醇低聚物,或者使用具有特殊功能的小分子扩链剂(如含动态二硫键、阻燃基团或光响应单元),可赋予聚氨酯自修复、阻燃、形状记忆等特定功能
[3-5],但此类研究多集中于溶剂型体系,水性体系中功能基团的协同作用仍待探索。
在涂料领域,颜(填)料的稳定分散是决定涂层性能的关键。通常借助润湿分散剂的作用使颜(填)料在涂料中形成稳定的分散体
[6]。聚氨酯分子主链上氨基甲酸酯键、脲键等极性较强的基团含量较高,同时侧链型聚合物具有较强的空间位阻效应,能够与多种有机或无机颜料形成较为稳定的锚固作用,因此聚氨酯型超分散剂在涂料、油墨等领域应用较广。聚氨酯型超分散剂的商业化产品数量较多,如聚酯型聚氨酯超分散剂WQ-206在多种颜料中均表现出良好的润湿分散效率,使颜料的展色性、着色强度有明显提升,但同时由于其离子型亲水结构,对高表面能无机颜料的锚固效率仍有提升空间
[7-8]。因此,基于侧链结构(非离子型亲水组分)的聚氨酯作为颜料润湿分散剂的应用可以进一步研究探索。
本文以绿色、简易的方法在室温无催化剂的情况下将非离子型亲水组分(聚醚胺)通过氮杂-迈克尔加成反应接枝到聚酯主链上,制备具有一定分子量、优秀耐水解性和储存稳定性的侧链聚醚型水性聚酯(side-chain polyether-type waterborne polyesters,WCPEs),避免了传统离子型亲水基团(如羧酸、磺酸)对耐水性的负面影响,同时保留主链未反应双键,为后续光固化提供活性位点。此外,对自制WCPEs进行后聚合改性,以不同结构的二元醇为扩链剂,制备一系列具有亲水长链基团的水性聚氨酯分散体(waterborne polyurethane dispersions,WPUDs)。将非离子型亲水组分置于聚氨酯侧链上,理论上可以改善材料的耐水解性和储存稳定性。另外引入合成的双羟基二硫化物(dihydroxy disulfide,HEDS)作为扩链剂,在WPUDs分子链中嵌入动态二硫键,有望赋予材料自修复特性,突破传统扩链剂功能单一的限制。进一步系统研究不同扩链剂制备的水性聚氨酯分散体的分散效能(如色浆黏度、颜料细度、展色性),并同聚酯型聚氨酯超分散剂WQ-206进行性能对比。
在水性涂料领域,利用聚合物分子链上不饱和键之间的反应达到固化目的的研究已有报道
[9-10]。本研究根据经典固化配方,利用紫外光固化技术对分子量一定范围的聚氨酯乳液进行固化,得到性能良好的涂膜材料
[11]。聚氨酯分子主链上残留的双键与光引发剂协同作用,实现了薄膜的快速固化。相较于文献报道的巯基-烯点击固化或热固化工艺,该方法无需额外添加活性单体,且固化过程更节能环保。在此基础上,研究固化薄膜的耐水性,揭示非离子侧链结构与动态扩链剂对材料性能的影响机制,为多功能水性聚氨酯的设计提供新思路。