文章重要内容

     以聚氧化丙烯二醇为软段，通过将异佛尔酮二异氰酸酯的脂环结构引入聚氨酯（PU）中的硬段，制备出一系列兼具醇溶性和透明性的PU基涂层，探究了具有环型硬段的PU在醇溶剂中的溶解机理，为解决传统PU基透明涂层生产过程中使用高毒性有机溶剂所带来的环境问题提供了一种新策略。

文章背景

     聚氨酯(PU)基透明涂层因优异的光学性能、力学性能、黏附性能及耐腐蚀性能等在产品包装、汽车制造、电子产品及光学设备等领域广泛应用。目前，PU基透明涂层的溶剂多采用N,N-二甲基甲酰胺、甲苯、乙酸乙酯、四氢呋喃等有机溶剂。在PU涂层成膜过程中，上述有机溶剂挥发物(VOC)会造成严重的大气污染，直接威胁生产者和使用者的身体健康，难以满足日益严格的环保要求。为了解决这一难题，本文将异佛尔酮二异氰酸酯的不对称脂环结构引入至PU分子链中。该策略不仅有效降低了PU分子链间的相互作用力，同时硬段中的氨酯基团与醇溶剂中的羟基更易形成氢键，促进PU基涂层在醇溶剂中的溶解，为绿色环保型PU基透明涂层的设计及制备提供了一种可行方法，具有重要的研究意义及应用价值。

文章概述

      基于上述背景，河南工程学院王非教授团队采用疏水的聚氧化丙烯二醇为软段，以异佛尔酮二异氰酸酯和1,4-丁二醇为硬段，通过预聚体法制备出一系列硬段含量逐步提高的PU涂层，相应的合成机理示意图如图1所示。由PU涂层的表征结果可知，该系列PU涂层均具有良好的醇溶性、透明性、疏水性、黏附强度及耐腐蚀性等。

图1 PU基透明涂层的合成机理示意图

       以无水乙醇作为溶剂，观察到浓度为0.1 g/mL的PU涂层溶液的外观均一透明，透过试管中的溶液可以清楚地观察到背景图案，直观地表明PU涂层可以被乙醇完全溶解(图2a)，并且测得溶液在可见光区的透过率高于92.25%。将厚度约0.5 mm的PU涂层贴附于石英玻璃表面，测得PU涂层在580 nm处的透光率最大可达73.20%，表明PU涂层具有较好的透明性(图2b)。如图2(c)所示，将PU涂层涂覆于铁片表面，另一半铁片表面未做处理以作为空白对照组，铁片的斜立角度调整为约60°，在PU涂层和空白处分别自然滴落水滴，可以观察到水滴在PU涂层表面自然滑落，而在空白处表现出黏附效果，表明制备的AS-PU涂层具有疏水防雾效果。此外，图2(d)显示出铁钉样品在NaCl溶液中的外观变化，普通铁钉在第3天与NaCl溶液接触的部分已全部生锈被腐蚀，而覆有PU涂层的铁钉除个别样品外均未被腐蚀，表现出良好的耐腐蚀性能。这些结果表明，设计并制备的醇溶性PU基透明涂层具有优异的性能，有望用于光学器件、高端玻璃设备等的透明保护涂层。

图2 PU基涂层的(a)乙醇溶液外观、(b)紫外-可见分光光谱、(c)疏水效果照片及(d)耐腐蚀照片

       该文章关于PU涂层中环型硬段结构与醇溶性之间构效关系的研究，对解决其他PU基材料生产所带来的环境问题具有一定的指导意义。

      上述工作以研究论文形式即将在《高分子学报》2024年印刷出版，论文第一作者为河南工程学院青年教师王玉杰博士，通讯作者为王非教授。

引用本文：

王玉杰, 聂慧芳, 薛晓凯, 谢壮龙, 王非, 王世民, 万亚萌, 陈宝元. 醇溶性高性能聚氨酯基透明涂层的制备及应用研究.高分子学报,doi: 10.11777/j.issn1000-3304.2024.24098Wang, Y. J; Nie, H. F.; Xue, X. K.; Xie, Z. L.; Wang, F.; Wang, S. M.; Wan, Y. M.; Chen, B. Y.Preparation and applied research of alcohol-soluble, high-performance polyurethane-based transparent coatings. Acta Polymerica Sinica,doi: 10.11777/j.issn1000-3304.2024.24098doi: 10.11777/j.issn1000-3304.2024.24098

原文链接：

http://www.gfzxb.org/thesisDetails#10.11777/j.issn1000-3304.2024.24098&lang=zh