鮑俊傑1、周海峰1、ウレジメ1、許ゴ文1、2

（1.安徽大學(xué)化學(xué)工業(yè)學(xué)院、合肥23039；2.安徽省緑高分子重點(diǎn)実験室、合肥23039）

要旨：水性ポリウレタンのナノ改質(zhì)、植物油改性、蒙脫土改性、有機(jī)フッ素改性などいくつかのよく使われている改質(zhì)方法を総括して述べ、異なる改質(zhì)技術(shù)の特徴、方法及び優(yōu)勢(shì)を指摘した。

また、水性ポリウレタンの木器塗料、自動(dòng)車(chē)塗料、建築塗料、防腐塗料、織物塗料などの応用研究の進(jìn)展を紹介しました。

キーワード：水性ポリウレタン樹(shù)脂、改質(zhì)、塗料、進(jìn)捗

水性ポリウレタン樹(shù)脂は硬度が高く、粘著力が強(qiáng)く、耐腐食性、耐溶剤性が良い、VOC含有量が低いなどの利點(diǎn)があり、塗料工業(yè)を発展させる「三前提」及び「四E原則」に適合しています。

しかし、一般的なポリウレタン乳液の自己増粘性が悪く、固形含有量が低く、ラテックス膜の耐水性が悪く、光沢性が低く、コーティングの総合性能が悪く、水性ポリウレタン塗料の総合性能を向上させるために、応用範(fàn)囲を拡大し、WPU乳液に対して適切な改質(zhì)を行う必要があります。

現(xiàn)在、その改質(zhì)ルートは大體四つの種類(lèi)に分けられます。単量體と合成プロセスを改善し、補(bǔ)助剤を添加して、架橋を?qū)g施し、複合を最適化します。

本論文は主にエポキシ樹(shù)脂の改質(zhì)、ポリシロキサンの改質(zhì)、アクリル酸の複合改質(zhì)、ナノ改質(zhì)、植物油改性、モンモト土改性、有機(jī)フッ素改性などの水性ポリウレタン塗料の研究及び木器塗料、自動(dòng)車(chē)塗料、建築塗料、防腐塗料、織物塗料などの面での応用進(jìn)展を紹介します。

1水性ポリウレタン樹(shù)脂の改質(zhì)技術(shù)

1.1伝統(tǒng)的な三大変更方法

現(xiàn)在の水性ポリウレタン塗料で最も一般的な3つの改質(zhì)方法はエポキシ樹(shù)脂改質(zhì)、シリコン改質(zhì)、アクリル改質(zhì)です。

近年、このような方法が多く報(bào)告されています。

エポキシ樹(shù)脂は、ポリウレタンとの反応でポリウレタンの主鎖に分岐點(diǎn)を?qū)毪贰⒁徊郡尉W(wǎng)狀構(gòu)造を形成させ、性能が優(yōu)れています。

エポキシ樹(shù)脂とポリウレタンのグラフト反応により、エポキシ改質(zhì)ポリウレタン乳液を製造し、水性エポキシ改質(zhì)性ポリウレタン塗料を配合することで、化學(xué)安定性、耐食性、漆膜付著力を高めることができます。

有機(jī)シリコン化合物の分子構(gòu)造には元素シリコンが含まれており、半有機(jī)、半無(wú)機(jī)構(gòu)造の高分子化合物であり、有機(jī)化合物と無(wú)機(jī)化合物の特性を兼ね備えています。

シリコン改質(zhì)性ポリウレタンで水性ポリウレタンの耐水性がやや悪い欠陥を補(bǔ)い、改質(zhì)性の水性ポリウレタン塗料に良好な憎悪水性、表面富集性、低溫柔軟性、優(yōu)れた生物適合性などを示します。

有機(jī)シリコン改質(zhì)ポリウレタンは、例えば水性ポリウレタンとポリシロキサン乳液を利用して物理的な共混合性を行うことができます。

そのため、有機(jī)シリコン改質(zhì)ポリウレタンの最も一般的な方法は共重合改質(zhì)である。

両端に反応性官能基を有するポリシロキサンオリゴマー（最も一般的なポリジメチルシロキサンPDMS、または一部のメチル基が置換された後に得られたポリシロキサン）とポリイソシアン酸エステルは段階的に加算され、重合されてブロック共重合體される。

アクリル酸エステルは他の合成高分子樹(shù)脂と比較して多くの優(yōu)れた利點(diǎn)がある。

アクリル酸とポリウレタンの二種類(lèi)のポリマーを微視的な狀態(tài)で調(diào)製したアクリル酸ポリウレタンの混成水分バルクは，優(yōu)勢(shì)な相補(bǔ)性能を得ることができた。

水性ポリウレタン/アクリル酸エステル複合乳液は、ポリウレタンの引張強(qiáng)度と抗沖強(qiáng)度、優(yōu)れた耐摩耗性とアクリル酸エステル樹(shù)脂の良好な接著力、耐候性、低コストの有機(jī)結(jié)合を可能にし、高固形量、低コスト、および使用に必要な水性樹(shù)脂を達(dá)成します。

また、ポリウレタン-アクリル酸エステル-有機(jī)シロキサンの三元を結(jié)合して、アクリル酸エステル、ポリウレタン、有機(jī)シリコンの三種類(lèi)の樹(shù)脂材料の長(zhǎng)所を総合して、水を分散媒體として環(huán)境保護(hù)の要求に適合しています。

1.2ナノ材料改質(zhì)水性ポリウレタン

ナノ材料は表面効果、小サイズ効果、光學(xué)効果、量子サイズ効果、マクロ量子サイズ効果などの特殊な性質(zhì)を持ち、材料に新しい機(jī)能を得ることができる。

Hsu-chiang Kualnなど[1]ナノカーボンチューブ/水性ポリウレタンナノ複合材料を合成しました。このような水性ポリウレタン乳液の貯蔵は安定しています。ラテックス膜の熱安定性は26℃向上し、引張り強(qiáng)度は370%向上し、引張り係數(shù)は17.6%向上しました。

胡津新など[2]水性ポリウレタンを基體ポリマー材料とし、高分子ナノカプセル化技術(shù)を利用して無(wú)機(jī)TiO 2などの微粒子を効果的にその場(chǎng)で封止し、コーティング機(jī)械強(qiáng)度、靭性、アンチエイジング性が向上し、加工性能が向上しました。

羅振揚(yáng)等[3]はそれぞれナノアルミナ(Al 2 O 3)とナノ酸化インジウムスズ(ITO)を水性ポリウレタン樹(shù)脂に添加し、水性ポリウレタンコーティングの耐摩耗性と斷熱性を改善しました。

馮利邦など[4]ナノシリコン酸化物を含む水性ポリウレタン塗料の合成に成功しました。その結(jié)果、ナノシリコン酸化物の導(dǎo)入によって、ポリウレタン漆膜の多くの物理的性質(zhì)が著しく改善されることが分かりました。

趙石林など[5]水性ポリウレタン樹(shù)脂とナノSiO 2を用いて、混成法により水性ナノUV遮蔽透明塗料を作製した。

この環(huán)境保護(hù)型ナノUV遮蔽透明塗料は建築外壁塗料と木器塗料のカバー面として、塗料のUV遮蔽率を高めて透明性を高め、塗料の使用壽命を延ばすことができます。

施永建など[6]アクリル改質(zhì)水性ポリウレタンを用いて総合的に優(yōu)れた水性PUAを合成し、これをフィルム形成物とし、ナノAl 2 O 3を充塡剤とし、共混合法を用いて塗料を作製し、ナノAl 2 O 3の添加量が4%で耐摩耗性に優(yōu)れたナノAl 2 O 3複合塗料を作製しました。

ナノ酸化インジウムスズ（ITO）を充填剤とすると斷熱性能の良いナノ複合塗料ができた。

合成した水性ポリウレタンを成膜物とし、ナノSiO 2を充塡剤とし、ナノSiO 2の添加量が4%の場(chǎng)合に作製したナノ複合塗料は、UV遮蔽率に対して平均59.35%となり、可視光帯での透過(guò)率は90%以上である。

南京工業(yè)大學(xué)の陳蘇教授らは分子組織技術(shù)を利用して無(wú)機(jī)ナノ粒子とウレタン高分子を有機(jī)的に組み立て、総合性能に優(yōu)れたナノ水性ポリウレタンの塗料を得ました。

この乳液から生産された塗料の安定性、アンチエイジング性、耐薬品、耐摩耗性、抗靜電性に優(yōu)れています。

1.3植物油改質(zhì)性水性ポリウレタン

植物油は再生可能資源であり、植物油で水性ポリウレタン塗料を準(zhǔn)備することで、環(huán)境保護(hù)意識(shí)をさらに體現(xiàn)できます。周応萍など[7]植物油で合成した常溫架橋性ポリウレタン樹(shù)脂塗料は優(yōu)れた耐候性を持つだけでなく、水性塗料に汚染がないという利點(diǎn)もあります。

邱維など[8]気乾性植物油を基本原料として、改性処理を行った後、半封端のPU分子鎖に入れて、乳化型単組分水性PUを作って、この製品の乳液は安定性が高く、漆膜の力學(xué)性能が優(yōu)れています。

崔錦峰などの[9]亜麻油と二エタノールアミンを用いてアミン解反応を経て亜麻油アミド二エタノールアミンの中間體を生成し、この中間體で合成した水性PU塗料は水に強(qiáng)く、乾燥し、強(qiáng)く付著し、無(wú)毒不燃、粘稠で制御しやすく、優(yōu)れた環(huán)境にやさしい水性塗料である。

亜麻油、ヒマシ油、脫カルボキシ腰果殻液（CNSL）はいずれも再生可能で無(wú)毒の天然植物油です。

王洪宇などの[10]は亜麻油を溶剤や水の代わりに分散媒體として使用し、ヒマシ油とトルエン二イソシアン酸エステルによって反応し、-OHを含む脫カルボキシ腰果殻液の改性を?qū)毪筏匹荪辚Ε欹骏?亜麻油の複合塗料を作製した。

崔錦峰などの[11]は乾性植物油（亜麻油、桐油）とプロピルグリセリン（グリセリン）のアルキドを用いてグリセリン－酸エステル中間體を生成し、この中間體制で常溫架橋性ポリウレタン樹(shù)脂を用意しており、この水性樹(shù)脂は凹版印刷に適した単成分ポリウレタン水性油墨を作ることができる。

研究によると、この純粋な方法で合成した常溫の架橋水ポリウレタン樹(shù)脂は、凹版印刷インキの製造工程の適性、凹版印刷の作業(yè)適性、製品品質(zhì)の使用適性を満足できます。この水性インキは、高光耐水性インク、強(qiáng)付著乾性調(diào)整性、色鮮やか、層明晰、無(wú)毒不燃、耐候粘稠制御性、他の水性凹版印刷インキに比べて、各種の印刷材料に対して、適応性の高い凹版印刷環(huán)境を有しています。

1.4蒙脫土改性水性ポリウレタン

モントトナイトは無(wú)機(jī)層狀ケイ酸塩であり，その結(jié)晶層構(gòu)造は2層のケイ酸四面體によってサンドイッチされた層のアルミニウム酸素八面體からなる。

モンモトナイト層と基體のナノスケールでの複合は，一はモンモトナイト層がナノスケールで基板に分散して形成されたナノ効果によって，モンモトナイトシート層との界面相互作用がより強(qiáng)くなり，二はモンモトナイトシート層が完全に分離されておらず，分子鎖の挿成層となり，挿成層が重合された後，分子鎖の動(dòng)きはモンモアナイトシート層によって制限され，本來(lái)の自由分子鎖が基板間で固定されている。

モトナイト改質(zhì)水性ポリウレタン複合材料は無(wú)機(jī)ケイ酸塩ウェハの剛性、サイズ安定性、熱安定性とポリマーの靭性、加工性などを完璧に結(jié)合し、その構(gòu)造は特殊で、性能も優(yōu)れており、様々な分野に広く応用できます。

溶剤型のウレタンが多いということで、水性の報(bào)道が少ないです。

フタル華などの[12]モンモトナイト、TDI、DPAγ-アンモニアプロピルトリエチルシロキサンなどを基本原料として、層を挿入する重合法を用いて、複合改質(zhì)性の水性ポリウレタン乳液を準(zhǔn)備しました。シランアデカップリング剤とモン脫土性ポリウレタンは、性能相補(bǔ)的な効果があります。質(zhì)量點(diǎn)數(shù)1%のモン脫土剤と17.2%の吸水剤を添加した場(chǎng)合、水性ポリウレタンと純水性ポリウレタンの伸び率が69.7%となります。

1.5有機(jī)フッ素改質(zhì)

陳建兵など[13]はチオールエタノールを鎖移動(dòng)剤とし、ラジカル溶液を重合し、合成する。