木器漆是与人们日常生活最为紧密的功能性化工产品，随着物质生活水平的不断提供，人们对漆的要求，不再局限于其对家具的美观和保护作用，同时也更注重其对生活环境和身体健康的影响，从而导致了目前从油漆向水性漆的转向。 与水性漆相比，传统的油漆在诸多方面具有优势，例如涂层干燥快，漆膜硬度高等，但作为一种以有机溶剂为分散或稀释介质的产品，其从生产至施工、应用均存在极大的安全和环保隐患。在油漆的生产过程中会大量使用低沸点挥发性溶剂，使得生产场所易发生安全事故。例如今年7月7日上午位于广东省珠海市淇澳岛的一油漆涂料厂仓库发生火灾，大火引发油漆和天那水(硝基稀释剂，主要成份为甲苯、乙酸乙酯和异丁醇)等化学燃料接连发生爆炸，该厂仓库被夷为平地。类似事故的发生，除了造成人身和财产的损失外，对环境的污染也十分严重。另外，根据建设部和中国消费者协会已公布的报告表明：中国每年由于室内装修污染引起的死亡人数达20万之多，并且人数每年都在上升。很显然，整个涂料界的研究开发与应用，都将经历从油性(溶剂型)漆向水性(包括水分散型、水乳型及水溶型等)漆的转向。 与油漆相比，初级阶段的水性漆，虽然在环境和安全方面具有很大的吸引力，但其漆膜性能较差，集中体现在漆膜硬度低，耐水性差，干燥速度也较慢。很显然，在水性产品中较难实现涂膜的后交联，从而影响涂膜的硬度和耐磨性；而且，为了使憎水性的聚合物能够实现水性化，在聚合物的分子链中会不可避免地引入亲水性基团，

或者向体系中加入具有表面活性的物质，从而导致了水性漆在耐水性方面存在天然的缺陷。正因为如此，自上世纪90年代中期以来，虽然在全国，乃至全世界范围内，先后掀起过几次水性漆代替油漆的热潮，但仍然没有使得水性漆取代油性木器漆的主导地位。 但是，经过十多年研究和开拓，水性木器漆在性能方面已经得到显著提高，目前人们公认水性漆具有以下优点：(1) 以水作稀释和分散剂，环保无毒害；(2) 无气味，无刺激性，用于家居时不影响正常居住；(3) 不燃烧，不爆炸，生产和使用均安全可靠；(4) 水性漆膜柔韧性好，撞击不开裂；(5) 新型水性漆耐黄变性好；(6) 施工简单，可以作到DIY。因此，从长远的发展来看，水性木器漆代替油性漆，是不可逆转的，至于如何扩大水性漆的应用范围和使用量，其关键在于如何进一步提高水性漆的性能，降低生产成本和简易操作程序。 本项目所瞄准的正是目前在涂料领域中与人们日常生活紧密相关的木器漆的水性化问题，这一研究的成果，会直接在经济、环境和社会和谐方面取是良好的效益。 有调查显示，近几年世界涂料需求正以每年3.5%的平均增幅增长，预计2007年全球涂料市场容量可达2820万吨，涉及金额830亿美元以上。其中，亚太地区涂料需求将达到890万吨。而且，由于人们对生存环境和生活素质的日益重视，各国对于涂料或油漆产品的环保要求越来越严格，所以环保性涂料产品在发达国家逐渐占据了涂料的主流市场。例如节能低污染环保型涂料(包括水性涂料、粉末涂料、高固体分涂料、辐射固化涂料)，在北美、西欧、日本等发达国家比例已占到80%，而在我国尚只占26%的市场份额，其余均为溶剂型产品。而木器漆是涂料市场中份额较大的涂料品种之一，其消费量仅次于建筑涂料和防腐涂料，在涂料中排第三位。有调查显示，2006年，国内水性木器漆的销量约为1万吨，这只占所有木器漆市场的7%。按照这个数据作一个粗略的估算，如果将水性漆的份额进一步提高至市场份额的30%，则水性木器漆的销量将达到4.5万吨。目前市场上水性漆的售价，国外产品达到100元/kg以上，而国内产品价格较低，也达到40元/kg左右，如果按此价格计算，则水性木器漆的市场可达18亿元以上。而且，这一水化性的过程，尚可节省有机溶剂或稀释剂(假定油漆中的溶剂和稀释剂占50%重量)2.25万吨，不仅节约了资源，同时也意味着向环境中少释放了等量的污染物。而且，从长远的发展来看，这只是一个比较保守的估计，因为随着人们对生存环境的日益重视，水性漆的比例还会进一步提高。

本项目拟开发一种环保型的水性聚氨酯木器漆，达到以下研究目标：

(1) 完善水性聚氨酯木器漆的小试研究，对配方及聚合物的合成、PA与PU聚合物物的复合工艺进行优化，得到性能优异的水性聚氨酯木器漆； (2) 完成小试工艺的中试研究，并采用中试工艺生产一定量的水性聚氨酯木器漆进行实际应用，以检测漆料的实际应用性能，通过反馈信息改进制备工艺，优化水性性能； (3) 进行批量生产的研究。

关健技术问题：

该项目最主要的目标之一是采用方便的操作工艺实现良好的PA/PU复合物性能，因此从PA、PU的生产工艺上讲，均为广泛采用的工艺过程。但为了获得良好的漆膜性能，在聚合物分子链中引入了室温自交联基团。由于这种可交联基团的存在，提出了对乳液贮存稳定性、乳液成膜性和漆膜性能三者的平衡的问题。 我们的方案是，向聚丙烯酸酯分子链中引入活性基团A，而向聚氨酯分子链中引入可基团B，A与B是在室温下可自交联的活性基团。我们的目标是：A与B两种基团能够稳定地共存于PA/PU复合乳胶粒中，在成膜这前不发生交联反应，或仅发生有限的交联反应，这样可以充分保证PA/PU乳液的良好的稳定性和成膜性；而在成膜之后，希望A与B基团能够于室温下发生交联反应，从而强化漆膜的性能，包括硬度、耐磨性和耐水性等。 为了达到上述目的，拟采用核壳乳液聚合工艺制备PA乳液，即首先制备不带有功能基团的PA乳胶粒，然后在其外层包敷一层富含功能基团的PA聚合物，最后在最外层包敷一层较薄的不含活性基团的保护层。采用该核壳PA粒子与PU复合，即可得到如图1所示的PA/PU多层核壳复合乳胶粒。

具有上述核壳结构的乳胶粒，在存放时并不会显著发生交联反应，从而使乳液稳定性得到保证。在成膜过程中，随着水分的挥发，乳胶粒之间会发生聚并并发生相互挤压、变形，同时粒子间发生分子链的扩散与渗透，而包敷在PA粒子最外层的保护层将被破坏，从而使得在PA内层的活性基团A能够与在PU层的活性基团B接触并发生交联反应。 这种将可反应的活性基团定位于乳胶粒中的某个部位的方法被称为“局在化”(localization)，通过核壳乳液聚合与localization技术，即可采用简便的复合工艺，制得兼顾存贮稳定性、成膜性和良好膜性能的水性PA/PU复合乳液。

项目的特色和创新之处

本项目具有如下特点及新颖性： (1) 生产过程中完全不使用挥发性溶剂，因而最终乳液产品中几乎不存在VOC。 (2) 将丙烯酸酯单体的乳液聚合与聚氨酯体系分开，这样有利于发挥聚丙烯酸酯乳液的良好的可设计性，包括乳胶粒结构形态，乳胶粒中功能基团的分布等的设计与控制。与其他在PU体系中进行的PA乳液聚合相比，还具有加速丙烯酸酯聚合速率，简便提高丙烯酸酯单体转化率的作用。 (3) PA与PU的复合工艺，即直接以PA乳液作为PU预聚物的分散介质的工艺，使得PU粒子是在纳米级的PA粒子存在下原位形成的，通过调节PA乳胶粒的粒径，可以得到具有核壳结构的PA/PU复合乳胶粒，从而使得通过这一简单的物理混合过程却可以得到与传统PA、PU乳液共混完全不同的PA/PU杂化结构，有利于PA与PU性能的协同。 (4) 采用了分子设计的理念，分别向PA和PU分子链中引入可以于室温下发生交联反应的基团，这样就在PA/PU核壳乳胶粒的核与壳之间引入了化学键合。这种核后发的交联反应可以兼顾乳液的存放稳定性、涂料的良好成膜性和涂膜的良好力学性能。这一化学键是在PA与PU复合中以及涂料成膜以后，没有任何其他特殊条件下自发形成的，而不是通过PU存在下的丙烯酸酯单体聚合形成的，即以简便的工艺获得了良好的性能。