水性聚氨酯（WPU）是以水为分散介质（替代有机溶剂）的环境友好型材料，以其制备的涂料广泛用于轻纺、皮革、木器、塑料、建筑、造纸、汽车和工业维护等领域。但是，由于水性聚氨酯分子中引入了亲水基团，在耐水性、耐溶剂性、耐候性、干燥速度等方面表现欠佳，限制了它的应用范围。为了满足人们对环境友好型功能性涂料的需求，研究人员通过对水性聚氨酯进行分子结构设计、复合改性、合成工艺和成膜技术改进等方法，制备出特殊性能的水性涂料以应对市场需求，如在分子尺度上进行多元醇分子设计，或将特定分子结构（或者元素）引入多元醇来改变大分子主链结构，或在微观尺度上进行纳米复合改性，或在成膜过程引入特定官能团进行交联改性等多种方法来提升水性聚氨酯涂料的功能。通过功能化设计制备的功能型水性聚氨酯涂料具有一般通用型水性聚氨酯涂料所不具备的性能，如阻燃、防腐蚀、防霉杀菌、防涂鸦、透明隔热等特殊性能。本研究主要介绍水性能聚氨酯涂料的功能化设计、合成技术与应用进展。

    1 功能型水性聚氨酯的合成技术

    功能型WPU利用其分子结构的可裁剪性，结合新的合成及交联技术，使WPU涂料的性能达到甚至优于传统溶剂型水性聚氨酯涂料。功能型WPU的合成技术与工艺较为复杂，总体来说大致分为几种工艺方法，见表１。

    2 功能型水性聚氨酯的设计与应用

    WPU的功能化是将功能型小分子与WPU骨架相连接，有化学连接和物理连接之分。化学连接是利用接枝反应在WPU骨架上引入活性功能基，从而改变WPU的物理化学性质，赋予其新的功能；物理连接是通过小分子功能化合物与WPU的共混来实现。通过功能化设计的WPU，可以制备具有阻燃、防腐蚀、防霉杀菌、抗涂鸦、透明隔热等特殊性能的功能型WPU涂料。

    2.1含卤阻燃型水性聚氨酯涂料

    在WPU分子中引入含卤素、N，P等的基团可提高WPU的阻燃性，还可以通过添加有机硅低聚物对WPU进行改性，使其热稳定性有较大的提高。

    2.2无卤阻燃型水性聚氨酯涂料

    水性聚氨酯涂料具有优异的耐寒性、耐磨性和防腐蚀性能，但WPU分子中由于含有亲水基团，因此其耐水、耐溶剂、防腐蚀等性能欠佳。为此，人们在聚氨酯分子主链或侧链上引入环氧树脂、丙烯酸酯、有机硅等功能性有机物制备成网络状聚合物，或在WPU中添加纳米粒子，以此来改善WPU的防腐蚀等性能。

    2.3环氧树脂改性水性聚氨酯防腐蚀涂料

    用环氧树脂对WPU进行改性可以赋予水性聚氨酯良好的防腐蚀性能。王春艳等以环氧树脂改性水性聚氨酯为基料，制备出环保且防腐蚀性能优异的富锌涂料。结果表明，环氧水性聚氨酯富锌涂料的防腐蚀能力比传统环氧富锌底漆强；锌粉的添加量对涂层的防腐蚀效果有一定的影响，此外，添加少量铝粉能提高涂层的防腐蚀性能。该涂料防腐蚀性能优良，涂层机械强度高，施工方便，在钢铁重防腐方面具有广阔的应用前景。

    2.4环氧－丙烯酸树脂复合改性水性聚氨酯防腐蚀涂料

    丙烯酸树脂具有较好的耐水性、耐候性。用丙烯酸树脂对水性聚氨酯进行改性，可以使聚氨酯的高耐磨性及良好的机械性能与丙烯酸良好的耐候性及耐水性两者有机地结合起来，从而使WPU涂膜的性能得到明显改善。环氧和丙烯酸共同改性水性聚氨酯可以综合三者的优点，获得高性能的WPU防腐涂料。

    2.5有机硅改性水性聚氨酯防腐蚀涂料

    有机硅涂料具有优异的耐热性、耐候性、疏水性，而聚氨酯涂料具有突出的耐磨损性、耐油性和良好的可焊性，但耐热性、耐水性、耐腐蚀性不够理想。因此，采用有机硅改性聚氨酯材料，可以弥补聚氨酯材料的不足。

    3.1无机抗菌型水性聚氨酯涂料

    目前，国内研究抗菌聚氨酯主要是通过添加无机抗菌剂，其中以添加银为主，并可添加氧化锌和纳米TiO２作为抗菌剂。黄晓东等将锐钛型纳米TiO２分散到水性聚氨酯中制备复合涂料，并对涂膜抗菌性进行一系列测试，结果表明，锐钛型纳米TiO２对海洋细菌的附着有抑制作用，其光催化氧化性对附着细菌有杀灭作用，细菌附着数量随锐钛型纳米TiO２含量的增加而减少。

    3.2有机抗菌型水性聚氨酯涂料

    带有抗菌基团的有机高分子化合物是将抗菌基团共价结合在不溶性载体上，不仅可以重复利用，且抗菌基团集中在载体表面，杀菌高效快速，因此高分子抗菌剂正成为当今研究和开发的热点。

    目前，国内功能型WPU涂料的生产及应用与国外相比尚处于起步阶段，产品性能有待进一步提升。同时，功能型WPU涂料的研究正朝着高性能化和多功能化方向发展，尤其要强调WPU的分子设计和合成工艺方法。合成WPU时，采用各种方法引入具有特殊功能的分子链节到分子主链或侧链上，使WPU具有特殊功能性；开发新型高效亲水扩链剂或利用各种官能团间反应引入专用交联剂，提高WPU涂膜耐水、耐溶剂性能以及贮存稳定性；利用各类纳米材料、可再生材料通过化学改性达到分子级复合以大幅提升材料性能，这些方法都是功能型WPU涂料的未来发展方向。