成果研究背景、应用领域

双组分水性聚氨酯涂料是由含 OH基团的水性多元醇组分与含 NCO基团的低黏度多异氰酸酯组分组成，两个组分均为水分散粒子，交联成膜时为粒子间的非均相成膜，因而成膜物的力学性能、耐液体介质性能较有机溶剂型双组份体系的均相成膜差。通过化学与复合改性的方法可增强双组份水性聚氨酯的综合性能。本成果利用纤维素纳米晶须（CNW）的亲水性，直接以CNW水悬浮液复合水性萜烯基聚氨酯，可应用于制备水性聚氨酯涂料、黏合剂等。

技术突破与创新

CNW因亲水性强，无需表面改性可直接作为增强相均匀地混入水性树脂体系中，是制备纳米复合水性聚合物材料的理想方法。目前已有文献报道用CNW复合单组份的水性树脂体系，其成膜过程只涉及物理成膜过程。双组份水性聚氨酯体系的成膜过程不仅涉及物理成膜，同时还发生化学交联成膜，通过化学反应可使CNW牢固地固定在树脂交联网络体系中。本成果将CNW水悬浮液通过搅拌和超声振荡法直接添加入萜烯基多元醇水分散体中，再与聚异氰酸酯交联，获得CNW复合双组分水性聚氨酯体系。该复合体系可应用于制备水性聚氨酯涂料、黏合剂等。该复合体系制造方法简便，CNW无需表面改性、无需干燥就能均匀稳定地分散在多元醇水分散体中。利用CNW表面的活性羟基参与到双组份聚氨酯的交联反应中，增强CNW与树脂基体界面的相互作用,可有效提高复合材料的性能。

经济技术指标、投资规模

本成果利用的CNW为纳米级棒状晶须，长约200～400nm，宽约10～40nm，其水悬浮液的浓度为1～15％。复合产物的拉伸模量为10～200 MPa（25℃），拉伸强度为10～30 MPa（25℃），储能模量为0.5～5 MPa（150℃），损耗模量为10～200 KPa（150℃），CNW添加量为0.01～10%。

应用前景及经济社会效益

水性涂料以水为分散介质，具有不燃、无毒、低污染、工艺清洁和安全节能等优点，属于环保型涂料。2014年全球水性涂料市场需求为2054万吨，预计到2022年将达到3271万吨，年平均增长率达6% 。水性聚氨酯预计将成为增长最快的涂料用树脂品种，2015～2022的年增长率将达7.5%，推动其增长的主要原因是其比其他树脂更优异的性能。因此双组分水性聚氨酯作为水性聚氨酯树脂中的高端品种，具有广阔的市场应用前景。本成果利用CNW复合双组分水性萜烯基聚氨酯，使其漆膜的拉伸模量、拉伸强度、储能模量、损耗模量都大大增强，可广泛应用于水性涂料，粘合剂等领域。