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新材料技术,新材料产业

需求背景

水性聚氨酯是以水代替有机溶剂作为分散介质的新型聚氨酯体系，也称水分散聚氨酯、水系聚氨酯或水基聚氨酯。水性聚氨酯以水为溶剂，有着无污染、安全可靠、机械性能优良、相容性好、易于改性等优点。随着我国环保法规的日趋完善和人们环保意识的不断深化,环保型化工产品的开发及应用逐渐受到 人们的重视.水性聚氨酯以水为基本介质,具有不污染环境,节能等优点,正逐渐作为溶剂型聚氨酯的替代产品在很多场合被广泛应用.

需解决的主要技术难题

1、固含量较低：目前水性聚氨酯（WPU）的固含量能达到45% 体系较少，导致干燥和运输费用成本高，而提高固含量导致体系黏度有所增大，造成乳化分散困难，乳液稳定性降低。

2、干燥固化速度慢：水的比热容和蒸发潜热高，所以水的挥发、干燥慢，从而导致胶粘剂的固化时间久，增加了能耗，导致生产效率降低。

3、润湿性能较差：水的表面张力比普通溶剂大三倍，以水作为溶剂，对低能表面润湿能力较差。

4、初黏性能较差：未改性水性聚氨酯胶粘剂相比改性后的初黏性差，对施工所产生的影响较大。

5、耐水性能、耐热性能较差：大多数水性聚氨酯胶粘剂为线型热塑性，再加上其分子链上含有亲水基团，因此导致耐水性能和耐热性能较差。

6、贮存稳定性较差：存储稳定性随着水性聚氨酯胶粘剂体系固含量的增大及交联度的增大而变差。

期望实现的主要技术目标

1、提高水性聚氨酯的粘接强度，尤其是初始粘接强度，缩小其与传统溶剂型 PU 之间的差距。在合成水性聚氨酯的过程中要较少或完全不使用有机溶剂，从而真正地达到环保方面的要求，提高合成水性聚氨酯的固含量来减少运输和使用的成本。

2、利用生物质资源来改性水性聚氨酯，比如天然高分子化合物及天然松香树脂等改性水性聚氨酯。天然高分子化合物主要有纤维素、淀粉等，尤其是纤维素作为一种可降解、可再生的生物质资源，在航天和医学方面等受到了极大的关注。近年来，如何更加充分、高效地利用纤维素已成为众多科学家关注的焦点问题，因此用生物质资源改性水性聚氨酯将成为未来改性水性聚氨酯的趋势之一。

3、采用功能性石墨烯材料作为改性剂来改性水性聚氨酯。由于石墨烯是只有单层原子的厚度、具有蜂窝特殊结构的二维碳原子晶体，是目前世界上最薄的材料之一，因此石墨烯有望凭借其优异的电学性能、热学性能和力学性能，成为聚合物基复合材料的优质填料，赋予聚合物基复合材料优异的性能，从而拓展其应用领域。另外，采用石墨烯为填料来与水性聚氨酯进行复合，不仅能赋予其较为优良的力学性能及热稳定性，还可使其具有良好的导电性。

4、近年来，超支化聚合物，尤其是具有三维结构和大量端基特殊结构的大分子聚合物，逐渐发展起来。由于超支化聚合物具有的特殊结构，在聚合物的改性方面、药物释放方面及胶粘剂等领域中均具有广泛的应用前景。其中端羟基超支化聚合物与异氰酸酯的化学反应活性较高，将其作为水性聚氨酯的改性剂，有望制得综合性能优异并且兼具超支化结构特点和水性聚氨酯优点的改性水性聚氨酯材料。

需求解析

解析单位：广东省广州市 解析时间：2024-01-17

柯锐鹏

广州市科学技术协会

部长，博士

综合评价

此描述已足够清晰以便于专家进行需求跟进，耐久性：水性聚氨酯涂料需要具备较高的耐久性，能够抵抗紫外线、氧化、腐蚀等因素的侵蚀，保持长时间的使用寿命。 色彩稳定性：水性聚氨酯涂料在不同的光照条件下，颜色是否稳定，是否易褪色是一个重要的技术需求。优质的水性聚氨酯涂料应该能够保持长时间的色彩鲜艳。 粘附力：水性聚氨酯涂料需要具备较好的粘附力，能够牢固地附着在各种基材表面上，防止起皮、剥落等问题。 抗污染性：水性聚氨酯涂料需要具备较好的抗污染性能，能够在长期使用过程中不易受到灰尘、油污、墨迹等污染物的侵袭，易于清洁。 施工性能：水性聚氨酯涂料应具备良好的施工性能，如涂覆性好、干燥时间合适、涂膜光滑等，以提高施工效率。

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解析单位：广东省广州市 解析时间：2023-08-16

柯锐鹏

广州市科学技术协会

部长，博士

综合评价

此描述已足够清晰以便于专家进行需求跟进，可以从生物质资源改性、功能性石墨烯改性、超支化聚合物改性等方面对水性聚氨酯改性，使水性聚氨酯固体率更高，但不会影响储存稳定性，减少运输成本。提高耐水性能、耐热性能、初黏性能、润湿性能等性能，提高干燥固化速度。

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