1.3 水性聚氨酯涂层的制备及性能测试
将聚氨酯水分散液和交联剂混合后，用涂布器均匀涂于玻璃板和马口铁板上，室温放置72 h后，即可完成固化反应。 分别按GB/T 1730—93、GB/T 1732—93、GB1720—79和GB/ T 1731—93测试涂层的硬度、抗冲击强度、附着力和柔韧性。将带有涂层的玻璃板放入去离子水中，经24 h浸泡后，观察漆膜表面是否有发白、泛起、溶解等现象，测试耐水性。
2.结果与讨论
2.1水性聚氨酯分散液的合成
本文合成的端羧基水性聚氨酯属阴离子型（其合成路线 见图1）。首先，通过过量TDI与PEG和DMPA反应，制得端异氰酸酯基聚氨酯预聚物；然后，使用乙醇酸对聚氨酯预聚物进行封端，使得聚氨酯分子量的两端带上亲水的羧基，再加入氨水中和成盐，可顺利分散在去离子水中。
2.1.1原料的处理
由于TDI与水反应具有较高的活性，如果原材料中水分较高，则反应开始阶段会有大量的泡沫产生，黏度急剧增大，很容易交联使反应不能进行。所以所用的溶剂都须用无水CaCl2进行除水处理，聚乙二醇需减压蒸馏以除去水分。
2.1.2体系黏度的控制
实验过程中用少许丁酮来降低预聚物的黏度，实验表明，若溶剂加入太少，则很容易产生凝胶，但用量不宜超过体系总质量的10%。
2.1.3 温度的控制
由于TDI的反应活性较高，若TDI的加入温度过高，使—NCO与—OH的反应速度过快导致暴聚，故需在较低的温度下向PEG、DMPA和丁酮的混合物中加入TDI。本实验中TDI的加入温度为50℃，再逐渐升温到80℃进行反应。
2.1.4中和剂对聚氨酯水分散液的影响
中和剂（成盐剂）的加入可以对聚氨酯分散液的稳定性产生很大影响。PU水分散体中和后形成的离子可以使粒子间形 成双电层[5-6]，产生排斥作用可以提高PU水分散体的稳定性。因此，本文用一些常用碱性物质作为中和剂来研究其对PU分散体的影响。表3为不同中和剂对PU水分散体稳定性的影响。
从表3可见，三乙胺和氨水作中和剂可以使水性聚氨酯 长期稳定保存，而用氢氧化钠作中和剂则难以形成稳定的分 散液。这可能是因为Na+的粒径较小，运动速度很快，因此由 它们组成的双电层容易被干扰，故其中和的PU水分散体容 易聚集沉淀。氢氧化钠在成膜固化过程中不能挥发掉，影响涂 膜性能。另外，使用三乙胺中和虽能形成稳定的分散液，但是 由于其沸点高，不易挥发，成膜固化过程较慢，且容易残留在 涂层里，影响交联度和涂层的性能。氨水常温下易挥发、且价 格较便宜。所以，为了提高贮存稳定性和涂层性能，我们选用 氨水作为中和剂。
2.1.5 pH值对聚氨酯水分散液的影响
PU分子中带有大量疏水性氨基甲酸酯结构，链段间还存 在大量的氢键，故常规的PU很难溶解于水中。因此，在反应 过程中必须引入DMPA这样带有可进一步离子化基团的物 质，本文中聚氨酯分子的两端用GA封端的过程也引进了羧 基，经离子化后具有较强的亲水性。DMPA和GA相当于内乳化剂。水性聚氨酯预聚物的加水分散要经历一个从“油”到 “水”的转变过程。随着分散的进行，预聚体的聚集态结构也会 发生相应的变化，并体现在物化性质的改变上。Chen和Chan[4]、 Lorenz和Hick[5]、Chan和Chen[7]、Dieterich和Rieck[8]等用黏度 和电导率的变化来衡量相转变过程。本文测试了预聚物相转 变过程中不同pH条件下黏度的变化。