水性聚氨酯的合成资料
水性聚氨酯涂料的合成
水性聚氨酯涂料的合成原理
水性聚氨酯涂料是一种能够在水中实现聚合反应而成的有机涂料，其核心原理为：使用形式为2-氨基乙烷(AA)、硬脂酸(HA)和聚氨酯(PU)的单体，利用活性水作为介质，以及由硬化剂产生的离子力与单体之间形成的弱离子交互作用，使各单体之间发生聚合反应。
聚合反应的具体过程如下：
1、聚氨酯的单体，如2-氨基乙烷、硬脂酸和聚氨酯，各自产生不同的离子，将其在活性水中混合，使其形成弱离子交互作用，使单体之间发生聚合反应。
2、在此过程中，水会吸收周围的气体，形成空气团，使得涂料表面获得不同程度的光泽和细节，实现不同的装饰效果。
3、硬化剂的反应速度较快，在聚合反应的过程中，不断释放出大量热量，使涂料在迅速凝固，形成牢固的保护膜，有效防止被污染。
4、最后，涂料中的水会被完全蒸发掉，形成牢固的保护膜，有效避免污染物侵入，实现长久耐用的装饰效果。
水性聚氨酯的合成资料
应用
织物涂层整理 皮革涂饰剂 水性聚氨酯涂料 水性聚氨酯粘合剂 印染助剂 其他应用
水性PU 可制成木制家具烘烤漆 水性PU 环氧树脂可用于舰船涂层、金属防腐涂层 水性PU 可制成高档建筑涂料
前景
水性PU 作为正在蓬勃发展的新型高分子材料， 不仅仅是为了解决环保问题，更因通过离聚体制 得的APU 分子链中存在库伦力和氢键作用，使其 中胶粘性能等方面可与溶剂型PU 媲美，正逐步 显示出优良而广泛的应用性能。因此，在皮革及 纤维处理、胶粘剂和涂料等应用领域均可见其踪 影，且有日渐取代溶剂型PU 的趋势。经过大量 科研人员的努力， 将不断提高其性能， 使适用于 更多的场合， 这是一个值得重视、研究、开发的 新领域。
水性聚氨酯的合成
第一章
简介
第二章
实验部分
1.1 水性聚氨酯 1.2 应用 1.3 前景 1.4 合成机理 1.5 合成原料
2.1 实验仪器 2.2 实验材料与药品 2.3 阳离子水性PU的合成机理 2.4 阳离子水性PU的实验步骤 2.5 阴离子水性PU的合成机理 2.6 阴离子水性PU的实验步骤 2.7 阴离子水性PU的改性 2.8 测试
上海精密科学仪器有 限公司 沪粤科学仪器厂 上海医用恒温设备厂
实验材料与药品
试剂名称 聚乙二醇 N-甲基二乙醇胺 2，2-二羟甲基丙酸 浓盐酸 氢氧化钠 丙酮 液态MDI （suprasec2023） 液态MDI（suprasec7112） 级别 工业级 AR AR AR AR AR 聚合级 聚合级 生产厂家 国药集团化学试剂有限公司 上海亨斯迈聚氨酯有限公司 上海亨斯迈聚氨酯有限公司 国药集团化学试剂有限公司 上海试剂厂 国药集团化学试剂有限公司 上海亨斯迈聚氨酯有限公司 上海亨斯迈聚氨酯有限公司
水性聚氨酯的制法
水性聚氨酯的制法资料来源：1、溶液法（亦称丙酮法）把端异氰酸基预聚体溶于低沸点能与水互溶的溶剂中（丙酮最常用，因此此方法亦称丙酮法），与亲水性官能基的化合物反应，生成聚氨酯离聚物，加水搅拌实现相转移，蒸馏法回收丙酮，得水性聚氨酯乳液。
此法是目前最常用、最重要的方法，步骤复便且重现性好。
几乎所有的线型聚氨酯都可以用此法植入离子体，再分散于水相中成为水分散液。
其分散液粒径为0.03~0.5μm，粒度可变范围较广，可为不透明或半透明或乳白色热塑性聚氨酯乳液。
2、预聚体分散法此过程不需要大量溶剂，避免了回收溶剂的麻烦，同时也符合低VOC和无VOC未来环保要求的趋势。
此工艺过程的第一步也是先合成端-NCO基预聚体，再植入离子基，使成为离子性齐聚物，加水并强烈搅拌，此间，聚氨酯预聚体形成水分散液和端-NCO基与水进行的扩链反应同时发生。
加入二元胺作扩链剂可以减少-NCO与水反应的几率，最终生成聚氨酯-脲水分散液。
此法较丙酮法简单，无须溶剂回收工序，节能，但产品性能稍差于丙酮法。
通常是把预聚体在强烈搅拌下加入水中分散，如果-NCO活性较低或者使用高剪切力混合分散装置也可以反加料分散，即把水加入预聚体中。
此法制得乳液粒径为0.1~0.5μm，且可制得具有不同交联度的聚氨酯乳液。
3、熔融分散法将聚酯或聚醚二醇、叔胺和异氰酸酯在熔融状态下制备预聚体，用过量尿素终止使生成亲水性的双缩二脲离聚物，再将其在甲醛水溶液中分散，使发生羟甲基化反应，生成羟甲基双缩二脲聚氨酯齐聚物，用水稀释即可得聚氨酯双脲乳液。
实际上是在低pH值情况下，分散相之间的缩聚反应从而达到扩链和交联的目的。
此法反应较易控制，不需溶剂，同时也不要求高效混合装置，可制成粒径为0.03~10μm之间的分散胶粒，分散液稳定，适宜大规模工业化生产，能制备委员长中交联度的聚氨酯乳液。
此外，水性聚氨酯的制备方法还有酮亚胺法（Ketimine）、酮吖嗪法（Ketazine）。
水性聚氨酯及其改性方法
水性聚氨酯及其改性方法水性聚氨酯（Waterborne Polyurethane，WPU）是一种以水为分散介质的聚氨酯树脂。
相比于传统的有机溶剂型聚氨酯树脂，水性聚氨酯具有环保、无毒、低挥发性、易操作以及涂膜性能优良等特点。
因此，在目前的涂料、胶黏剂、纺织品等领域得到了广泛的应用。
水性聚氨酯的制备方法主要有两种：溶剂法和水分散法。
溶剂法是先将聚合物和有机溶剂混合，然后加入异氰酸酯单体进行反应，最后除去有机溶剂得到产品。
溶剂法制备的水性聚氨酯具有分散性好、颗粒细、粘度低等特点。
而水分散法是利用乳化剂或分散剂使聚合过程发生在水中，再通过蒸发水分形成聚氨酯分散体，最后通过过滤去除杂质得到产品。
水分散法制备的水性聚氨酯无需有机溶剂，更加环保。
1.交联改性：通过引入交联剂，如多异氰酸酯、多醇等，使聚氨酯形成三维网络结构，增强其耐磨性、耐化学品性、耐温性等性能。
2.聚合物分散法：将其他合成树脂或聚合物分散到水性聚氨酯中，形成复合体系，提高涂膜的性能，如增强耐候性、耐刮擦性、硬度等。
3.功能性改性：在水性聚氨酯体系中引入改性剂，如改善流平性和润湿性的表面活性剂、增强抗静电的导电剂等，以增强涂膜的特殊性能。
4.纳米增强：通过引入纳米颗粒，如氧化锌、氧化硅等，以增加涂层的硬度和耐用性。
5.共聚改性：将其他具有特殊功能的单体引入水的聚氨酯反应体系中，并进行聚合，以获得具有特殊性能的共聚物。
综上所述，水性聚氨酯作为一种环保、优良性能的树脂，广泛应用于各个领域。
通过不同的改性方法，可以进一步提高水性聚氨酯的性能，满足不同应用领域的需求。
随着技术的进步，水性聚氨酯的制备方法和改性方法也将不断创新和发展。
水性聚氨酯合成方法
水性聚氨酯合成方法
水性聚氨酯的合成方法有以下几种：
1. 预聚体法：将聚醚二元醇、聚酯二元醇或聚碳酸酯二元醇、异佛尔酮二异氰酸酯、MDI和二元胺加入反应釜中进行反应合成。
2. 两步法：在室温下，异佛尔酮二异氰酸酯与二元醇先反应生成丁二醇二异氰酸酯（BDI），然后在水中加入BDI，再加入二元胺，进行反应，生成聚合物。
3. 水解法：将异氰酸酯和二元醇溶于有机溶剂中，在水中加入碱性水解剂，水解产生出无机盐和聚氨酯，然后再加入二元胺调整pH值，使聚合物变为水溶性。
4. 无溶剂法：在二元醇、二异氰酸酯和催化剂的催化下，进行聚合反应，生成水性聚氨酯。
以上是水性聚氨酯的几种常见的合成方法。
不同方法的步骤和条件有所不同，需要根据具体情况选择合适的方法。
水性聚氨酯的合成
水性聚氨酯树脂和其他树脂一样, 其最终制品的性能是由内部结构决定的。
阳离子型水性聚氨酯是将叔胺官能团引入到聚氨酯的大分子中而制得的。
通常用含叔胺基的二醇作扩链剂, 用烷基化剂或合适的酸进行季铵化而得到离子基团。
和普通的聚氨酯一样可用不同种类的多元醇、不同结构的二异氰酸酯、不同类型的扩链剂、不同类型的中和剂和采用不同的合成方法进行合成。
阳离子型水性聚氨酯的骨架上带有阳离子基团, 这就使其具有了一些独特的性能, 在皮革、涂料、胶粘剂、纺织和造纸等领域有着较好的应用。
此外, 阳离子水性聚氨酯对水的硬度不敏感, 且可以在酸性条件下使用。
因此, 开发出性能优异的阳离子水性聚氨酯, 其市场前景非常广阔。
1 阳离子水性聚氨酯的合成 1.1 合成机理合成阳离子水性聚氨酯时, 一般通过两种途径引入阳离子。
一是用卤素元素化合物引入阳离子,该机理先将聚醚或者聚酯二醇与二异氰酸酯制成预聚体, 加入溶剂降低粘度后, 加入卤素元素化合物( 如2,3-二溴丁二酸) 扩链, 然后再加入溶剂降低粘度, 加入三乙胺季铵化, 搅拌离子化, 将离子化后的PU 分散到水中, 高速剪切乳化, 最后蒸除溶剂。
该机理的季铵化是SN2(亲核取代反应) 二是用叔胺化合物引入阳离子, 该机理首先将聚醚或者聚酯二醇与二异氰酸酯制成预聚体, 加入溶剂降低粘度后, 用叔胺化合物( 如N- 甲基二乙醇胺) 扩链, 再加入溶剂降低粘度, 然后加入离子化试剂如乙酸, 搅拌离子化。
将离子化后的PU 分散到水中, 高速剪切乳化, 最后蒸除溶剂。
该机理的季铵化是酸碱中和。
1.2 合成方法阳离子水性聚氨酯的合成与阴离子水性聚氨酯的合成最大的不同就是阳离子水性聚氨酯需加酸成盐, 因此一般不在水中用胺扩链, 所以阳离子水性聚氨酯一般不用阴离子水性聚氨酯常用的预聚体混合法。
从国内外近年来的研究来看, 阳离子水性聚氨酯的合成主要有熔融法和丙酮法。
熔融法是无溶剂制备水性聚氨酯的重要方法。
水性聚氨酯资料(科天化工)
四、水性聚氨酯性能表述
6. 耐水性
物理性吸水（聚醚型）和化学水解（聚酯型）； 测试方法 ：浸润法和液滴法
水性聚氨酯特点：存在亲水基团：采用改性、交联 或减少亲水基团含量的方法。
四、水性聚氨酯性能表述
7. 表面性能
表面张力； 水接触角 ；
亲水性和表面粗糙度是最主要的因素。
四、水性聚氨酯性能表述
七、水性聚氨酯应用
3. 织物整理
防水透湿涂层剂 羊毛织物防缩整理剂 抗静电整理 抗起毛起球整理 免烫整理剂 涂料印花
七、水性聚氨酯应用
4. 涂料
在国外水性涂料研究中，水性聚氨酯涂料就占了主导 地位 在水性聚氨酯涂料应用方面的技术研究应集中于以下 几方面：
1. 2. 3. 4. 5. 降低树脂的内聚强度 复合改性 加强对高固含量和粉末状水分散型聚氨酯的研究 水性紫外光聚氨酯涂料 利用可再生资源如植物油、松香及废弃塑料制备多元醇
七、水性聚氨酯应用
5.玻纤浸润剂
聚氨酯乳液含有极性很强的氨酯键，对玻纤黏结 集束性好，分子中软段和硬段相结合，蓦地弹性特别 好，对玻纤的保护作用优于其他品种的成膜剂 国产较少
七、水性聚氨酯应用
6. 鞋化用树脂
PUD应用与鞋化材料有两个用途：填充和表面光亮装 饰。 目前国内用量较大，仅次于皮革用树脂，但是产品多 为外来产品
水性聚氨酯
合肥市科天化工有限公司
董事长：戴家兵
一、聚氨酯概述
聚氨酯
1. 结构
O O C NH
2. 原料丰富，成品形态各样，被誉为“可剪裁性” 聚 合物 3. 应用广泛 涂料、胶黏剂、弹性体… 4. 溶剂性PU的VOC高，污染大，水性化是趋势
一、聚氨酯概述
水性聚氨酯结构与合成
Ｈ —～ 州彳 —～ Ｃ Ｈ ｌ
Ｏ
。
∞。 一
Ｎ
。
Ｈ Ｏ Ｎ Ｃ ３２ Ｃ ＯＨ （ Ｈ ）
０ ０ ～
Ｒ ／
、 、 Ｒ
图６ 阳离子 水性聚 氨酯 分子 结构
１３３ 非 离 子 水 性 聚 氯 酯 分 子 结 构 模 型 ．．
图３ 异 氰酸 酯 的 自聚 反应
将聚乙二醇分 子链段 引入聚氨酯分子 的端基 、链段 中 间、侧链 可以合成各种不 同的非离子水性聚氨酯 ，由于亲 水链段含量通常较 大 ，因此 ，实际应用有 限。
ＣＨ （ ＣＨ ＣＨ ） （ Ｍ — ３Ｏ ２ ２ Ｌ — 卜 ” ～ Ｍ ｗ Ｏ ｃＨ ｃＨ ） Ｏ （ ２ ２ｎ ～
１３ 水性 聚氨 酯 的分子 结构 ．
聚氯酯是 由硬段和软段构成的一类高性能材料 ，硬段 和软段 的组成 、结构、长短 、相对 比例 的变化等使聚氨酯 材料可 用作塑料、弹性体 、 维、胶粘剂和涂料的树脂 等。 纤
—叫二 ： ———～ 二
Ｏ ＣＨ （ ｔ０ ｎ ｔ （ ２’ ２ ）ＣＩ ３
聚氨酯材料就形态而言属于二相结构 ：软段相和硬段 相 。软段相 多数为粘弹态（ 聚醚 、聚 己二酸酯 ） ，也有玻璃
态 （ 碳酸 酯 ＰＤ ） 聚 Ｃ Ｌ，少 数 为结 晶态 （ 己 内脂 Ｐ Ｌ 聚 Ｃ 、聚 己二 酸 丁 二 醇 酯 ＰＡ Ｂ 、聚 己二 酸 己二 醇 酯 ， ＰＡ ；而 硬 段 相 可 Ｈ）
双 电层 结 构 。
形 态
图１ 阴离子 型Ｐ Ｄ ０ Ｕ 胶粒 模型
当硬段含量在 ４ ７ ０ 以下时 ，硬 段分 散在软段 基料 上 ０
图１ 硬 段含 量４ ％时 的聚 氨酯 形态 ５ ０
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实验仪器
仪器名称型号
JB50-D型磁力电动搅 拌机
HHS.I指针式电热恒 温水浴锅
英文名称
Fourier Transform-IR Spectroscopy
Electric Heat Constant Temperature Water Bath
Boiler
缩写 800型
生产厂家 上海手术器械厂
37—100℃ 上海华连医疗器械有 限公司
实验材料与药品
试剂名称 聚乙二醇 N-甲基二乙醇胺 2，2-二羟甲基丙酸
级别 工业级
AR AR
浓盐酸 氢氧化钠
丙酮 液态MDI （suprasec2023） 液态MDI（suprasec7112）
AR AR AR 聚合级 聚合级
生产厂家 国药集团化学试剂有限公司 上海亨斯迈聚氨酯有限公司 上海亨斯迈聚氨酯有限公司
（2）中和乳化及分散
将NAOH按与-COOH摩尔比为1:1的计量，加入去离子水中配成 NAOH水溶液，然后将聚合产物滴加到NAOH水溶液中，室温下，高 速剪切搅拌，带预聚物全部乳化后，保持30分钟 。
阴离子水性聚氨酯的改性
实验原理
阴离子水性聚氨酯与阳离子氨基硅油在水溶液中、形成类似于盐类的混合体 系，具有水溶性好的稳定乳液特点。阳离子氨基硅油与阴离子水性聚氨酯符 合乳液，当共混液涂抹于羊毛织物表面时，由于大部分羊毛织物带有正电荷， 故带有正电荷的阴离子水性聚氨酯由于电荷的异性相吸，自动覆盖于织物表 面第一层，增加其耐磨性（这是由于整理后的织物表面粗糙度减小及水性聚 氨酯膜本身的耐磨性能所引起），同时不可避免的的降低了织物的柔软度与 手感，此时阳离子氨基硅油由于电荷的同性相斥，覆盖于织物外层，增加了 织物的柔软度与手感。
水性聚氨酯的合成
第一章 简介
1.1 水性聚氨酯 1.2 应用 1.3 前景 1.4 合成机理 1.5 合成原料
第二章 实验部分
2.1 实验仪器 2.2 实验材料与药品 2.3 阳离子水性PU的合成机理 2.4 阳离子水性PU的实验步骤 2.5 阴离子水性PU的合成机理 2.6 阴离子水性PU的实验步骤 2.7 阴离子水性PU的改性 2.8 测试
实验步骤
（1）预聚物的合成
在通干燥氮气的的条件下，在装有搅拌器、温度计及滴液漏斗的四口 瓶中，按计量投入聚乙二醇（PEG，式量1000）与2，2-二羟甲基丙 酸，并加入少量丙酮，将温度升至80℃除尽丙酮的同时最大化溶解 DMPA固体，将白色固体DMPA完全溶解后，节回流冷凝管，然后缓 慢将温度回至60℃，按配方计量缓慢滴加液态MDI，将温度保持在 60℃-65℃，恒温反应4小时，将温度再次升至80℃，反应30分钟。
合成机理
水性聚氨酯的合成可分为两个阶段：
第一阶段为预逐步聚合，即由低聚物二醇、扩链 剂、水性单体、二异氰酸酯通过溶液逐步聚合生 成分子量为103 量级的水性聚氨酯预聚体；第二 阶段为中和后预聚体在水中的分散。
根据扩链反应的不同，自乳化法主要有丙酮法和 预聚体分散法。
合成原料
多异氰酸酯 低聚物多元醇 扩链剂 亲水剂（亲水性扩链剂） 中和剂（成盐剂） 溶剂 水
合成单体：聚醚型、聚酯型和聚醚、聚酯混合型。
应用
织物涂层整理 皮革涂饰剂 水性聚氨酯涂料 水性聚氨酯粘合剂 印染助剂 其他应用
水性PU 可制成木制家具烘烤漆 水性PU 环氧树脂可用于舰船涂层、金属防腐涂层 水性PU 可制成高档建筑涂料
前景
水性PU 作为正在蓬勃发展的新型高分子材料， 不仅仅是为了解决环保问题，更因通过离聚体制 得的APU 分子链中存在库伦力和氢键作用，使其 中胶粘性能等方面可与溶剂型PU 媲美，正逐步 显示出优良而广泛的应用性能。因此，在皮革及 纤维处理、胶粘剂和涂料等应用领域均可见其踪 影，且有日渐取代溶剂型PU 的趋势。经过大量 科研人员的努力， 将不断提高其性能， 使适用于 更多的场合， 这是一个值得重视、研究、开发的 新领域。
实验步骤
（1）预聚体的制备
在装有电动搅拌器、温度计的四口烧瓶中，加入摩尔比为1:1的N-甲基二乙醇胺与聚乙二醇（PEG， 1000），并加入少量丙酮，逐渐升温至60℃左右，待反应体系内丙酮除尽之后，接上回流冷凝管。 在四口烧瓶中加入少量丙酮保持在60℃~65℃温度下反应4小时后，将温度升至80℃，再反应30分 钟。
阴离子水性聚氨酯的合成
合成机理
(1) 聚合物多元醇与异氰酸酯反应，制备预聚体。 (2) 在预聚体中加入亲水性扩链剂DMPA，制备含
羧基的预聚体，并用成盐剂中和羧基成盐。 (3) 将上述产物分散于水中，端羟基预聚体与水进
行扩链反应形成大分子，大分子疏水部分卷曲聚 集形成微粒中心，亲水部分分布在微粒表面形成 水合层，成为稳定的水分散PU 乳液。
THANK YOU
水性聚氨酯
以水为介质的二元胶态体系， 聚氨酯粒子分散于连续的水 相中， 也称之为水性PU。具有无毒，安全， 不易燃， 节 能环保， 易操作和改性等优点。
外观：聚氨酯水溶液（粒经<1nm）、聚氨酯分散体（粒 经1nm～100nm）和聚氨酯乳液（粒经>100nm）。
亲水性基团的电荷性质：阴离子型、阳离子型和非离子型 水性聚氨酯。
国药集团化学试剂有限公司 上海试剂厂
国药集团化学试剂有限公司 上海亨斯迈聚氨酯有限公司 上海亨斯迈聚氨酯有限公司
阳离子水性聚氨酯的合成
合成机理
用叔胺化合物引入阳离子 该机理首先将异氰酸酯直接滴入聚酯二醇与叔胺化合物的
反应体系中直接进行聚合扩连，再加入溶剂降低粘度，然 后加入离子化试剂，搅拌离子化，将离子化后的PU分散 到水中，高速剪切乳化，最后蒸除溶剂。
（2）预聚体的中和
对预聚体进行降温，当温度降至40℃左右时，加入少量盐酸中和，调节PH值到6，加 大量丙酮溶解稀释，快速搅拌混合物，直至混合物呈现半透明为止。
（3）乳化
将一定量的去离子水加入到四口烧瓶中，同时高速搅拌保持温度在40℃-50℃之间，将 中间体置于滴液漏斗中，缓慢滴加入水中，待中间体完全滴完之后，将温度升至60℃ 保持10分钟，用盐酸调节乳液PH值，直至乳液呈无色透明为止（一般PH=6时，乳液 为无色透明），最后的到了阳离子水性聚氨酯乳液。
FA1004型电子天平 Electronic Weighing Balances 精度0。0001g 上海精密科学仪器有 限公司
DHG-9070A烘箱
DHG-9053A型电热恒 温鼓风干燥箱
Electrically-heated Blast Desiccator
0—1000℃ 0--200℃
沪粤科学仪器厂 上海医用恒温设备厂