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通過(guò)在聚氨酯分子鏈上引入其他化學(xué)組分進(jìn)行改性，能獲得比物理共混更佳的性能效果，是當(dāng)前水性聚氨酯開發(fā)的方向。
常用的改性方法介紹如下：
（一）環(huán)氧樹脂改性
環(huán)氧樹脂具有許多優(yōu)良的性能,如種類多、易固化、機(jī)械強(qiáng)度高、粘附力強(qiáng)、成型收縮率低、化學(xué)穩(wěn)定性好、電絕緣性好、高模量、高強(qiáng)度等特點(diǎn)。通過(guò)環(huán)氧樹脂和聚氨酯接枝反應(yīng)，可將支化點(diǎn)引入聚氨酯主鏈，使之形成部分網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，制得環(huán)氧改性聚氨酯乳液，用其配制水性環(huán)氧改性聚氨酯涂料，可以提高力學(xué)性能、耐熱性能和漆膜附著力。鄭淑琴等合成了環(huán)氧樹脂E-44改性的水性聚氨酯乳液外觀和穩(wěn)定性較好,且耐水性和耐熱性都得 到較大改善。
（二）有機(jī)硅改性
有機(jī)硅聚合物的兩個(gè)最顯著的特點(diǎn)是耐氧化性和低的表面能。用有機(jī)硅改性聚氨酯可以綜合二者的優(yōu)異性能，彌補(bǔ)水性聚氨酯耐水解性稍差的缺陷，使改性的水性聚氨酯涂料表現(xiàn)出良好的憎水性、表面富集性、低溫柔順性和優(yōu)良的生物相容性等。李密轉(zhuǎn)等通過(guò)在封端型水性聚氨酯中引入有機(jī)硅單體，合成了有機(jī)硅水性聚氨酯，其吸水性能為17.1% 左右，耐水性得到很大提高。
（三）聚丙烯酸酯改性
聚氨酯乳液和聚丙烯酸乳液同其溶劑型產(chǎn)品相比，具有價(jià)廉、安全、不燃、無(wú)毒、不污染環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)。純PA乳液存在耐磨性、耐水性和耐化學(xué)品性差的缺陷；單一的PU乳液也存在一些不足，如穩(wěn)定性、自增稠性和膜的保光性，應(yīng)用受到限制。而PUA復(fù)合乳液兼?zhèn)涠叩膬?yōu)點(diǎn)，具有耐磨、耐腐蝕和光亮，柔軟有彈性、耐水性和機(jī)械力學(xué)性能好，耐候性佳等特性，因此被譽(yù)為“第三代水性聚氨酯”，成為當(dāng)今涂料的一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)。
（四）有機(jī)硅- 丙烯酸酯雙改性水性聚氨酯
將聚氨酯- 丙烯酸酯- 有機(jī)硅氧烷三元結(jié)合起來(lái)，制備水性涂料，它綜合了丙烯酸酯、聚氨酯、有機(jī)硅三種樹脂材料的優(yōu)點(diǎn)，而且以水作分散介質(zhì)符合了環(huán)保的要求。三者有機(jī)地結(jié)合在一起,根據(jù)不同用途的要求、發(fā)揮其協(xié)同作用的優(yōu)勢(shì), 可以做成有皂或無(wú)皂乳液,用作紡織品的涂層劑和皮革涂飾劑。王海虹等采用乳液聚合的方法，制備了具有核- 殼型結(jié)構(gòu)的有機(jī)硅改性丙烯酸聚氨酯乳液，結(jié)果表明，經(jīng)有機(jī)硅改性的丙烯酸聚氨酯乳液，在附著力、穩(wěn)定性、硬度、光澤等方面有顯著上升。
（五）納米材料改性
納米材料具有表面效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)、光學(xué)效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)等特殊性質(zhì)，可以使材料獲得新的功能。建筑外墻涂料中添加適量納米SiO2，可將乳膠漆的耐候性提高到一個(gè)新的等級(jí)，同時(shí)還使耐老化性能有很大的提高。實(shí)際應(yīng)用表明，在建筑內(nèi)外墻涂料中添加少量的納米SiO2后，涂料抗紫外線防老化試驗(yàn)性能可由原來(lái)的250h提高到600h以上，耐擦洗提高十倍以上，干燥時(shí)間大幅度降低，而且原料存在的懸浮性穩(wěn)定性差、觸變性差、光潔度不高等問(wèn)題也得到很好的解決。Hsu-ChiangKuan 等[13]合成了一種納米碳管/ 水性聚氨酯納米復(fù)合材料，這種水性聚氨酯乳液儲(chǔ)存穩(wěn)定，膠膜的熱穩(wěn)定性提高了26℃，拉伸強(qiáng)度提高了370%，拉伸模量提高了170.6%。
（六）植物油改性水性聚氨酯
植物油是一種可再生資源，用植物油制備水性聚氨酯可以進(jìn)一步體現(xiàn)環(huán)保意識(shí)，周應(yīng)萍等用植物油合成的常溫交聯(lián)水性聚氨酯樹脂涂料不僅具有較好的耐侯性,同時(shí)還具有水性涂料無(wú)污染的優(yōu)點(diǎn),是一種環(huán)境友好型涂料,既可作為水性內(nèi)外墻涂料,也可作為木器裝飾涂料及織物印染涂料。邱維等以氣干性植物油為基本原料,對(duì)其進(jìn)行改性處理后將其植入半封端的PU分子鏈中,制得自乳化型單組分水性PU，該產(chǎn)品乳液穩(wěn)定性好，漆膜力學(xué)性能優(yōu)良。
