水性聚氨酯的研究综述
水性聚氨酯综述
纺织印染水性聚氨酯应用发布时间：2011-11-14 | 阅读次数：803 水性聚氨酯不含甲醛，APEO等有害物质，能够减少对环境的污染，也因此广泛应用于纺织印染行业。
水性聚氨酯整理剂分类水性聚氨酯的形态对其流动性、成膜性及加工织物的性能有重要影响。
一般分为3种类型,即水溶型、胶体分散型和乳液型。
由于它们对纤维织物的浸透性和亲和力不同,因此在纺织品染整加工中的用途也有差别,其中以水溶型和乳液型产品较为常用。
另外,水系聚氨酯又有反应型和非反应型之分,虽然它们的共同特点是分子结构中含有异氰酸酯基,但前者是用封闭剂将异氰酸酯基暂时封闭,在纺织品整理时复出,相互交链反应形成三维网状结构而固着在织物表面。
根据乳化系列分类,水性聚氨酯可分为外乳化型和自乳化型。
外乳化型又称为强制乳化型,系将疏水性聚氨酯用外加乳化剂强制乳化而成。
自乳化型又称内乳化型,在制备时不必另加乳化剂,而是采用称为内乳化剂的亲水性单体,赋予聚氨酯若干亲水基团,使其自行乳化而成水性产品。
按固化特性分类,聚氨酯可分为热固性和热塑性;按离子性分类,可分为阴离子、阳离子、非离子和两性型;按低聚物多元醇分类,可分为聚酯型和聚醚型;按异氰酸酯的母体结构,可分为脂肪族和芳香族;按整理功能可分为水性聚氨酯防皱剂、固色剂、胶粘剂、防水透湿涂层剂、仿麂皮整理剂及抗静电剂等。
水性聚氨酯在染整加工中的应用进展染色印花助剂水性聚氨酯可作为涂料轧染、涂料印花及特种印花(主要是透明印花和消光印花)粘合剂。
目前有报导用亚硫酸氢钠作封闭剂的水性热反应型涂料染色粘合剂。
利用水性聚氨酯上的活泼基团可与纤维及染料反应的特性,作为显著改善染色牢度的固色剂(东华大学有研究报道)。
以阳离子型水分散性聚氨酯作为染前处理剂,可改进织物和无纺布的可染性。
功能整理助剂水性聚氨酯无甲醛,成膜又具有较好的弹性,是替代或部分替代氨基树脂的一种较好的无甲醛防皱整理剂。
近年来,出现水溶性热反应型产品,浸轧在棉布上后经烘干、焙烘,可显著提高加工织物的折皱回复角。
丙烯酸酯改性水性聚氨酯的研究进展
丙烯酸酯改性水性聚氨酯的研究进展丙烯酸酯改性水性聚氨酯（Waterborne Polyurethane Modified with Acrylic Acid Ester）在近几年中引起了广泛的关注。
它具有优异的性能和广泛的应用领域，是一种有潜力的高性能材料。
本文将对丙烯酸酯改性水性聚氨酯的研究进展进行综述，从合成方法、性能调控以及应用领域三个方面进行阐述。
一、合成方法丙烯酸酯改性水性聚氨酯的合成方法主要有两种：乳化聚合法和分散聚合法。
乳化聚合法是通过将水溶性聚氨酯与丙烯酸酯在乳化剂存在下进行共聚反应得到。
此方法具有简单、操作方便、反应温度低等优点，合成的产品分散性好、性能稳定。
而分散聚合法则是通过将聚氨酯与丙烯酸酯分散在共溶剂中共同聚合得到。
此方法可控性好，可以通过改变反应条件来调控产品性能。
二、性能调控丙烯酸酯改性水性聚氨酯的性能可以通过改变聚氨酯段的结构以及调整丙烯酸酯的添加量来进行调控。
聚氨酯段的结构对材料的力学性能、热稳定性和抗水性能有着重要影响。
起硬段物中低分子量杂链段的引入可以改善力学性能，增强材料的耐磨性和拉伸强度。
而丙烯酸酯的添加可以改善水性聚氨酯的柔软性、耐磨性和耐化学性能。
此外，可以通过调整反应条件和配比来控制水性聚氨酯的粒径大小，进而调控粒子分散性和粘度。
三、应用领域丙烯酸酯改性水性聚氨酯在涂料、胶黏剂和封堵剂等领域具有重要的应用价值。
在涂料领域，丙烯酸酯改性水性聚氨酯可以用于喷涂涂料、木器涂料和工业涂料等。
它具有优异的附着力、硬度和耐候性，且不含有机溶剂，对环境友好。
在胶黏剂领域，丙烯酸酯改性水性聚氨酯可用于水性胶黏剂、纸张粘合剂和电子封装材料等。
它具有良好的粘接性能、拉伸强度和抗黏性，可满足不同应用场景的需求。
在封堵剂领域，丙烯酸酯改性水性聚氨酯可用于混凝土修补、管道封堵和地下工程封堵等。
它具有优异的粘接性能、流变性能和耐水性能，可在复杂的工程环境下有效封堵。
综上所述，丙烯酸酯改性水性聚氨酯在合成方法、性能调控和应用领域等方面取得了一定的研究进展。
水性聚氨酯胶粘剂国内研究进展
水性聚氨酯胶粘剂国内研究进展水性聚氨酯胶粘剂是近年来在胶粘剂领域中备受关注的一种新型材料，其具有环保、优良的性能和广泛的应用前景，因此受到了国内研究者的广泛关注和研究。
本文将对水性聚氨酯胶粘剂国内研究进展进行综述，以期为相关研究提供参考和指导。
一、水性聚氨酯胶粘剂的基本性能水性聚氨酯胶粘剂是一种以水为分散介质的聚氨酯胶粘剂，其具有以下基本性能：1. 环保性：水性聚氨酯胶粘剂不含有机溶剂，不产生挥发性有机化合物（VOCs），符合环保要求，适合现代环保意识的需求。
2. 耐候性好：水性聚氨酯胶粘剂在各种恶劣环境下的耐候性能好，具有优异的耐水性、耐油性和耐化学品腐蚀性，因此适用于一些特殊场合的使用。
3. 粘接性能优良：水性聚氨酯胶粘剂具有优异的粘接性能，不仅可以粘接多种基材，而且在低温、高湿等条件下仍能保持较好的粘接性能。
4. 施工性好：水性聚氨酯胶粘剂在施工过程中不含有毒有害物质，不产生刺激性气味，施工方便、安全。
5. 广泛的应用前景：水性聚氨酯胶粘剂可广泛应用于纺织品、皮革、木材、金属、塑料、橡胶、玻璃、陶瓷等材料的粘接，具有广阔的市场前景。
1. 水性聚氨酯胶粘剂的合成方法水性聚氨酯胶粘剂的合成方法是该领域的关键研究方向之一。
国内研究者通过改进聚氨酯的合成工艺和改良配方，逐渐实现了水性聚氨酯胶粘剂的高效合成。
研究者采用预聚体法合成了具有优异性能的水性聚氨酯胶粘剂，提高了产品的性能指标和降低了成本。
2. 水性聚氨酯胶粘剂的性能改进水性聚氨酯胶粘剂的性能改进是国内研究的重点之一。
研究者通过改变水性聚氨酯的结构和分子量、添加特定的助剂等手段，提高了水性聚氨酯胶粘剂的粘接强度、耐水性、耐热性等性能，使其更加适合各种特定的应用场合。
3. 水性聚氨酯胶粘剂的应用研究水性聚氨酯胶粘剂的应用研究是国内研究的重要方向之一。
研究者针对不同的应用领域，如纺织品、皮革、木材、金属、塑料等材料的粘接需求，进行了一系列的应用研究。
水性聚氨酯胶粘剂国内研究进展
水性聚氨酯胶粘剂国内研究进展水性聚氨酯胶粘剂是一种环保型、无毒、无味、无挥发有机物的新型胶粘剂，随着人们对环境保护意识的不断提高和对产品质量要求的不断提升，水性聚氨酯胶粘剂得到了广泛的应用。
本文将对水性聚氨酯胶粘剂国内研究进展进行分析与总结，以期能够更好地推动该领域的发展。
一、水性聚氨酯胶粘剂的概述水性聚氨酯胶粘剂是以聚氨酯为主要基料，与水为溶剂，再加入一定的添加剂制成的一种新型环保型粘接材料。
与传统的有机溶剂型聚氨酯胶粘剂相比，水性聚氨酯胶粘剂具有不易燃、成本低、环保性好等优点，已广泛应用于汽车、家具、包装、建筑等领域。
二、水性聚氨酯胶粘剂的国内研究现状1. 水性聚氨酯胶粘剂的材料研究在水性聚氨酯胶粘剂的研究中，材料的选择是一个至关重要的环节。
国内研究者通过优化聚氨酯树脂的种类和结构，改进交联剂的配方，提高了水性聚氨酯胶粘剂的性能，使其具有更好的粘接性和机械性能。
2. 水性聚氨酯胶粘剂的生产工艺研究水性聚氨酯胶粘剂的生产工艺对产品质量具有重要影响。
国内研究者通过改良反应条件和生产工艺，优化了水性聚氨酯胶粘剂的生产工艺，提高了产品的稳定性和性能。
4. 水性聚氨酯胶粘剂的应用研究水性聚氨酯胶粘剂的应用研究是国内研究的一个重要方向。
国内研究者通过开发新的应用领域和优化应用工艺，推动了水性聚氨酯胶粘剂在汽车、家具、包装、建筑等领域的应用。
三、水性聚氨酯胶粘剂国内研究的发展趋势1. 环保性更高随着环保意识的提高，水性聚氨酯胶粘剂的研究将更加注重其环保性能，包括减少挥发有机物（VOC）排放、降低对环境的影响等方面。
2. 功能性更好水性聚氨酯胶粘剂的功能性将成为其研究的重点方向，包括提高粘接强度、耐高温性能、耐候性能等方面，以满足不同领域的需求。
3. 多样化应用水性聚氨酯胶粘剂将会在国内更多的领域得到应用，包括电子、航空航天、轨道交通等高新技术领域。
4. 自主创新能力水性聚氨酯胶粘剂国内研究将更加注重自主创新，提高自主研发能力，加强自主品牌建设，推动中国水性聚氨酯胶粘剂产业的发展。
水性聚氨酯研究报告
水性聚氨酯研究报告引言水性聚氨酯（waterborne polyurethane，简称WPU）是一类具有良好环保性能的高分子材料，在涂料、胶黏剂、弹性体等领域具有广泛的应用。
本报告旨在介绍水性聚氨酯的研究进展、制备方法、特性以及应用前景，促进对水性聚氨酯的进一步研究和开发。
1. 水性聚氨酯的制备方法水性聚氨酯的制备方法主要包括亲水基团引入法、无溶剂法和乳液聚合法等。
其中，乳液聚合法是目前较为常用的方法，具体流程如下： 1. 选择合适的聚醚多元醇和二元异氰酸酯作为主要原料。
2. 在适当的温度和条件下，将聚醚多元醇和二元异氰酸酯进行预聚合反应，形成醇胺预聚体。
3. 将醇胺预聚体与水相稳定体系（包括乳化剂和乳化助剂）进行乳化，得到水性聚氨酯乳液。
4. 进行乳液的脱溶剂化，其中常用的方法有真空蒸馏法、半透膜脱溶法等。
2. 水性聚氨酯的特性水性聚氨酯具有以下几个显著特性： - 环保性：相对于传统的溶剂型聚氨酯，水性聚氨酯具有低挥发性，减少了有机溶剂的使用，符合环保要求。
- 优异的物理性能：水性聚氨酯具有良好的柔韧性、强度和耐候性等物理性能。
- 良好的附着力：水性聚氨酯能够与不同类型的基材形成牢固的结合，提供优异的附着力。
- 调控性能：水性聚氨酯可以通过调整主链结构、交联机理和配方等方式，实现对其性能的调控。
3. 水性聚氨酯在涂料领域的应用水性聚氨酯在涂料领域具有广泛的应用前景，主要体现在以下几个方面： 1. 家具涂料：水性聚氨酯具有优良的耐刮擦性、耐磨损性和耐化学药品腐蚀性，适用于家具表面的涂装。
2. 木器涂料：水性聚氨酯可用于室内外木器的装饰和保护，具有优异的抗紫外线性能和耐候性能。
3. 金属涂料：水性聚氨酯具有优异的耐蚀性和防锈性能，适用于金属表面的防腐涂料。
4. 汽车涂料：水性聚氨酯可以作为汽车涂料的基材，具有良好的附着力、耐候性和耐化学腐蚀性。
4. 水性聚氨酯在胶黏剂领域的应用水性聚氨酯在胶黏剂领域也具有广泛的应用前景，如下所示： 1. 木工胶：水性聚氨酯胶黏剂用于木工胶可以提供优良的粘接强度和耐候性。
水性聚氨酯的研究综述详解
水性聚氨酯皮革涂层的研究综述摘要：综述了水性聚氨酯的结构、性能、分类、制备方法及应用；介绍了水性聚氨酯合成的主要原料；概述了水性聚氨酯目前的研究和发展状况。
关键词水性；聚氨酯；皮革；研究现状Review of waterbone polyurethane for leather coating Abstract：The structure，properties，classification，synthetic methods and application of waterborne polyurethane were reviewed in this article. Raw material was introduced. Present research and development of waterborne polyurethane were listed. Key words：waterbone；polyurethane；raw material；present research1 水性聚氨酯简介聚氨酯树脂为含有氨基甲酸酯基团的高聚物，通常由多异氰酸酯或其加成物与含活泼氢的多元醇逐步聚合反应而成，反应过程中除生成氨基甲酸之基团外，还生成脲键等基团。
聚氨酯树脂性能优异，具有机械性能好、耐磨性好、硬度高、耐水、耐化学、耐老化性优异等优点，应用领域极为广泛[1-3]。
聚氨酯树脂在真皮中可用作鞣剂和涂饰剂[4-6]，在合成革还可用做湿法贝斯的制造[7]。
传统的溶剂型聚氨酯已得到广泛的应用，其一般为15-30%的含量，其余组分多为苯类、酮类、N,N-二甲基甲酰胺类溶剂，使用过程中造成浪费，污染环境、损害员工健康。
随着人们环保意识的提高，低VOC或零VOC聚氨酯得到广泛的关注，国内外经多年的研究开发了水性聚氨酯类的环保产品，并先后投入商业生产[8-11]。
其中水性聚氨酯因不含或只含极少的有机溶剂、应用条件较温和等优势的攒竹，得到快速发展。
水性聚氨酯的研究综述
水性聚氨酯前言聚氨酯( PU ) 是聚氨基甲酸酯的简称, 它是聚合物内含有相当数量的氨基甲酸酯( —NHCO— )的高分子化合物。
自从1937 年德国Bayer 教授首次合成聚氨酯以来, 聚氨酯以其软硬度可调节范围广、耐低温、柔韧性好、附着力强等优点逐渐被人们所认识。
其弹性体、泡沫塑料、涂料及粘接剂等均已获得广泛应用。
但由于溶剂型聚氨酯含有大量有机溶剂, 严重污染环境, 特别是溶剂型双组分聚氨酯中的残留异氰酸酯单体, 毒性极高。
随着人们环保意识的增强和各国政府环保立法, 急需一种可以替代传统有机溶剂型的新型聚氨酯材料。
水性聚氨酯是以水替代有机溶剂作为分散介质, 有人也称水性聚氨酯为水系聚氨酯或水基聚氨酯 , 它不仅具有溶剂型聚氨酯的一些重要性能特征。
同时还具有不燃、无毒、无污染、节省能源及易贮存, 使用方便等优点。
因此备受关注, 成为当今聚氨酯领域发展的重要方向。
目录一、水性聚氨酯的定义及分类二、水性聚氨酯的制备原理三、水性聚氨酯的制备方法四、水性聚氨酯的防水性能及应用五、水性聚氨酯的其他应用六、展望1水性聚氨酯的定义及分类水性聚氨酯是指聚氨酯以水为介质, 体系中不含或含很少的有机溶剂。
以外观分, 水性聚氨酯可以分为 3 类: 聚氨酯水溶液、聚氨酯分散液、聚氨酯乳液。
三者之间的区别在于聚氨酯大分子粒子在水中的分散形态的不同,并没有不可逾越的界限, 实际应用中我们所说的水溶性聚氨酯是指聚氨酯水分散体或聚氨酯乳液。
表 1 按外观分各类水性聚氨酯的特性以亲水性基团的电荷性质分, 水性聚氨酯可分为阴离子型水性聚氨酯、阳离子型水性聚氨酯和非离子型水性聚氨酯。
其中阴离子型最为重要, 分为羧酸型和磺酸型2 大类。
以合成单体分水性聚氨酯可分为聚醚型、聚酯型和聚醚、聚酯混合型。
依照选用的二异氰酸酯的不同, 水性聚氨酯又可分为芳香族和脂肪族, 或具体分为TDI 型、HDI 型等等。
以产品包装形式分水性聚氨酯可分为单组分水性聚氨酯和双组分水性聚氨酯。
水性聚氨酯的合成与性能研究
水性聚氨酯的合成与性能研究水性聚氨酯作为一种新型环保高分子材料，具有优异的性能，在各个领域得到了广泛的应用。
本文将重点介绍水性聚氨酯的合成方法、材料性能以及应用前景。
一、水性聚氨酯的合成方法水性聚氨酯的合成可分为两步，首先是聚合物的合成，然后是聚合物与水的乳化。
在聚合物的合成中，可以采用预聚法和原位合成法。
预聚法是指将聚氨酯前驱体（异氰酸酯和聚醚多元醇）与少量的交联剂在有机溶剂中反应，形成预聚物。
然后，将预聚物与水进行乳化，形成水性聚氨酯。
原位合成法是指将异氰酸酯、聚醚多元醇和水在一个反应体系中同时加入，通过一步反应合成水性聚氨酯。
二、水性聚氨酯的性能研究1. 力学性能水性聚氨酯具有较好的弹性模量和抗拉强度，可以根据不同应用需求进行调整。
与传统有机溶剂型聚氨酯相比，水性聚氨酯具有更低的挥发性，降低了对环境的污染。
2. 热稳定性水性聚氨酯具有优异的热稳定性，能够在高温环境下保持其性能不变。
这使得水性聚氨酯在汽车涂料、建筑涂料等领域具有广阔的应用前景。
3. 耐候性水性聚氨酯具有良好的耐候性，能够抵抗紫外线辐射和氧化物侵蚀，长时间保持其色彩和光泽。
4. 粘附性能水性聚氨酯能够与多种基材良好地粘结，具有优异的粘附性能。
这使得水性聚氨酯在涂料、粘合剂等领域得到了广泛的应用。
三、水性聚氨酯的应用前景1. 汽车涂料领域水性聚氨酯涂料具有低挥发性、高光泽度和优异的耐候性，被广泛应用于汽车涂装领域。
随着环保意识的增强和法规的要求，水性聚氨酯涂料将逐渐替代有机溶剂型涂料成为主流。
2. 建筑涂料领域水性聚氨酯涂料具有优异的耐候性和热稳定性，能够适应建筑物长期的使用环境。
而且，水性聚氨酯涂料还能够减少有害气体的释放，提高室内环境的质量。
3. 纺织品领域水性聚氨酯具有优异的柔软性和弹性，被广泛应用于纺织品的涂层加工。
与传统有机溶剂型聚氨酯相比，水性聚氨酯能够降低对环境的污染，符合绿色生产的要求。
综上所述，水性聚氨酯作为一种新型环保高分子材料，在各个领域都具有广泛的应用前景。
浅析水性聚氨酯涂料研究进展论文[优秀范文5篇]
浅析水性聚氨酯涂料研究进展论文[优秀范文5篇]第一篇：浅析水性聚氨酯涂料研究进展论文随着人们环保、能源意识的增强,特别是各国环保法规对涂料体系中有机挥发物(VOC)含量的严格限制, 促进了水性涂料为代表的低污染型涂料的发展。
水性涂料是以水为分散介质的一类涂料,具有不燃、无毒、不污染环境、节省能源和资源等优点。
水性聚氨酯涂料将聚氨酯涂膜的硬度高、附着力强、耐磨蚀、耐溶剂性好等优点与水性涂料的低VO C含量相结合,且聚氨酯聚合物具有裁剪性,采用分子设计原理,结合新的合成和交联技术,能有效控制涂膜聚合物的组成和结构,使水性聚氨酯涂膜性能相当于甚至优于传统溶剂型涂料,成为发展最快的涂料品种之一。
聚氨酯水分散体涂料1.1 水性聚氨酯分散体的合成聚氨酯(PU)水分散体的制备多采用聚合物自乳化法,即在聚合物链上引入适量的亲水基团,在一定条件下自发分散形成乳液。
根据扩链反应不同,自乳化法可分为: 丙酮法、熔融分散法、预聚体分散法和酮亚胺法等,其中丙酮法和预聚体分散法较为成熟。
丙酮法的扩链反应在均相体系中进行, 易于控制,重复性好,乳液质量高,适应性强。
但需回收丙酮溶剂,生产效率低、能耗大。
预聚体分散法的扩链反应在非均相体系中进行,无需使用大量的有机溶剂,可制备有支化度的聚氨酯乳液。
近年来聚氨酯水分散体的研究热点有:(1)以脂肪族异氰酸酯单体为原料,采用预聚物混合工艺,研究软段多元醇的分子量、亲水离子含量和聚氨酯预聚物分子量等对聚氨酯分散体的粒子结构、形态、稳定性和涂膜物理力学性能等的影响,在宏观物性上探讨聚氨酯水分散体的结构与性能的关系,在产品开发与应用方面作了大量工作;(2)系统研究扩链剂种类、扩链工艺、中和度、介质介电常数等对分散体形态和结构影响,研究分散体的流体力学行为,并采用热分析技术,研究分散体涂膜的降解动力学;(3)相继出现了采用软段离子化和离子化扩链剂等合成分散体的新方法,如魏欣[4 ]等采用含叔胺基聚醚合成系列聚氨酯离聚物, Wei等采用离子化的聚氧乙烯化胺(N PEO)制备以N PEO为内乳化剂的聚氨酯水分散体。
水性聚氨酯及其在纺织助剂中的应用研究
水性聚氨酯及其在纺织助剂中的应用研究
水性聚氨酯是一种以聚醚多元醇和聚异氰酸酯为原料制备而成的水性分散液。
它具有良好的柔软性、光泽度和耐磨性，同时也具有很高的强度和可持续使用性。
水性聚氨酯广泛应用于纺织助剂中，可以增强纺织品的性能和使用寿命。
水性聚氨酯可以用作纺织品的涂层剂。
其具有良好的附着力和柔软性，能够形成均匀且持久的涂层，提高纺织品的抗水、耐磨、防污和防紫外线的性能，延长其使用寿命。
水性聚氨酯涂层还能在一定程度上改善纺织品的手感和外观，增加其市场竞争力。
水性聚氨酯还可以用于纺织品的后整理。
在纺织品的整理过程中，加入适量的水性聚氨酯可以使纤维更好地排列，提高纺织品的光泽和平整度。
水性聚氨酯还可以增加纺织品的柔软性和强度，改善其手感和舒适度，满足人们对于舒适性的需求。
水性聚氨酯还可以用作纺织品的功能性添加剂。
根据纺织品的不同需求，可以在水性聚氨酯中添加各种功能性物质，如防紫外线剂、抗菌剂、抗静电剂等，以增强纺织品的特殊功能。
这样可以使纺织品具有更多样化和多功能的特性，满足人们对于纺织品的个性化需求。
水性聚氨酯在纺织助剂中具有广泛的应用前景。
通过合理使用水性聚氨酯，可以提高纺织品的性能和使用寿命，满足人们对纺织品的各种需求。
随着科技的不断发展和人们对纺织品需求的不断提高，相信水性聚氨酯在纺织助剂中的应用会有更大的突破和创新。
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水性聚氨酯前言聚氨酯( PU ) 是聚氨基甲酸酯的简称, 它是聚合物内含有相当数量的氨基甲酸酯( —NHCO— )的高分子化合物。
自从1937 年德国Bayer 教授首次合成聚氨酯以来, 聚氨酯以其软硬度可调节范围广、耐低温、柔韧性好、附着力强等优点逐渐被人们所认识。
其弹性体、泡沫塑料、涂料及粘接剂等均已获得广泛应用。
但由于溶剂型聚氨酯含有大量有机溶剂, 严重污染环境, 特别是溶剂型双组分聚氨酯中的残留异氰酸酯单体, 毒性极高。
随着人们环保意识的增强和各国政府环保立法, 急需一种可以替代传统有机溶剂型的新型聚氨酯材料。
水性聚氨酯是以水替代有机溶剂作为分散介质, 有人也称水性聚氨酯为水系聚氨酯或水基聚氨酯 , 它不仅具有溶剂型聚氨酯的一些重要性能特征。
同时还具有不燃、无毒、无污染、节省能源及易贮存, 使用方便等优点。
因此备受关注, 成为当今聚氨酯领域发展的重要方向。
目录一、水性聚氨酯的定义及分类二、水性聚氨酯的制备原理三、水性聚氨酯的制备方法四、水性聚氨酯的防水性能及应用五、水性聚氨酯的其他应用六、展望1水性聚氨酯的定义及分类水性聚氨酯是指聚氨酯以水为介质, 体系中不含或含很少的有机溶剂。
以外观分, 水性聚氨酯可以分为 3 类: 聚氨酯水溶液、聚氨酯分散液、聚氨酯乳液。
三者之间的区别在于聚氨酯大分子粒子在水中的分散形态的不同,并没有不可逾越的界限, 实际应用中我们所说的水溶性聚氨酯是指聚氨酯水分散体或聚氨酯乳液。
表 1 按外观分各类水性聚氨酯的特性以亲水性基团的电荷性质分, 水性聚氨酯可分为阴离子型水性聚氨酯、阳离子型水性聚氨酯和非离子型水性聚氨酯。
其中阴离子型最为重要, 分为羧酸型和磺酸型2 大类。
以合成单体分水性聚氨酯可分为聚醚型、聚酯型和聚醚、聚酯混合型。
依照选用的二异氰酸酯的不同, 水性聚氨酯又可分为芳香族和脂肪族, 或具体分为TDI 型、HDI 型等等。
以产品包装形式分水性聚氨酯可分为单组分水性聚氨酯和双组分水性聚氨酯。
2 水性聚氨酯的制备原理水性聚氨酯的制备原理水性聚氨酯的基本合成反应与一般聚氨酯一样, 只是一些单体中含有亲水基团, 整个合成过程可分为两个阶段。
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。
聚氨酯水性化方法主要是使用乳化剂或者在聚合物主链上引入亲水基团, 如羧基、磺酸基等阴离子基团; 羟基醚键、聚氧乙烯链等非离子基团。
通过扩链剂类型、结构及用量、制备方法和聚合物分子量的不同来改变聚氨酯分子的骨架结构, 制得乳液或水分散性的各种水性聚氨酯产品。
根据聚氨酯水性化方法的不同可以分为2大类：外乳化法和内乳化法。
2. 1 外乳化法早期水性聚氨酯的合成采用强制乳化法也叫外乳化法。
此法先制备一定分子量的聚氨酯预聚体或其溶液在搅拌下加入适当的乳化剂在强烈搅拌下经强力剪切作用将其分散于水中, 依靠外部机械力制成聚氨酯乳液。
这种方法最早为P. Schlack 所发明, 1953 年杜邦公司W. Yandot t 采用此法合成了PU 乳液。
外乳化法合成关键是选用合适的乳化剂。
但因乳化剂用量大、反应时间长、乳液及膜的物理性能差、储存稳定性不好, 因此实际应用中较少采用。
2. 2 内乳化法现在, 水性聚氨酯的乳化主要采用内乳化法。
此法不加乳化剂, 而是在聚氨酯大分子链上引入亲水基团使聚氨酯分子具有一定的亲水性, 在搅拌下自乳化而成乳液。
这些亲水基团都能与水起作用,形成氢键或者直接生成水合离子使聚氨酯溶于水。
自乳化法制备的乳液粒径小, 稳定性好。
根据分子结构上亲水基团的类型, 自乳化型水性PU 可分为阳离子型、阴离子型、两性型和非离子型及混合型。
阳离子PU 是在预聚体溶液中使用N一烷基二醇扩链, 引人叔胺基, 然后经季胺化或用酸中和从而实现自乳化。
而阴离子型是采用2, 2. 一二羟甲基丙酸( DMPA) 、二氨基烷基碘酸盐等为扩链剂, 引人碘酸基或羧基, 再用三乙胺等进行中和并乳化。
若在PU 骨架上引人羟基、醚基、羟甲基等非离子基团, 尤其是聚氧化乙烯链段, 可得到非离子型自乳化PU 。
离子和非离子型PU 分散体各有优、缺点, 可以互补, 得到性能优良的制品即混合型3水性聚氨酯的制备方法3. 1 水性聚氨酯的合成工艺由于外乳化法制得的PU 分散液极其粗糙且很不稳定, 因此多采用聚合物自乳化法制备水性PU。
根据扩链反应不同, 自乳化法可分为丙酮法、封端法、熔融分散缩聚法、预聚体分散水中扩链法等。
3. 1. 1 丙酮法丙酮法是德国Bayer 公司Dieterich 研究成功的。
这种方法首先是用聚醚或聚酯多元醇与二异氰酸酯反应, 制备出端基为一NCO 的高粘度预聚物, 加人适量低沸点的溶剂( 丙酮、丁酮或四氢呋喃) 以降低粘度, 然后引人亲水基团扩链, 再加溶剂降低粘度, 在高速搅拌下加水稀释, 将离子化的聚氨酯分散到大量丙酮( 约80% ) 和水( 约20% ) 的介质中, 反应结束后减压蒸馏除去溶剂得到聚氨酯乳液。
预聚体—丙酮降粘—扩链—季胺化—分散于水—蒸除丙酮— PU 乳液这种方法的优点是工艺简单, 反应易于控制、重复性好、乳液粒径范围大、生产质量好但溶剂需回收且难以重复利用, 生产成本高。
如: 由聚醚多元醇370 份( 重量份数) , TDI127份, N —甲基二乙醇胺40 份制得的30% 聚氨酯水分散物, 用醋酸中和, 然后每100 份上述水分散液中加入5 份山梨醇缩水甘油醚。
3. 1. 2 封端法封端法是选择合适的一种或几种复合低分子量的封闭剂, 先将对水敏感的异氰酸酯的端NCO 基团保护起来, 使其失去活性, 再加入扩链剂和交联剂共乳化制成乳液。
使用时, 通过热处理使NCO基团脱封, 异氰酸根与含活性氢的交联剂反应, 形成网络状结构的聚氨酯涂膜。
预聚体—异丙醇熔融—封端— PU 乳液这种方法的关键是选择适当的封端剂。
常用的封端剂有酚类、醇类、酰氨类、肟类、亚甲基类等。
3. 1. 3 熔融分散缩聚法熔融分散缩聚法又称溶体分散法、预聚体分散甲醛扩链法。
此法是将多元醇、多异氰酸酯熔融聚合, 制成含离子基团的端基为一NCO 的预聚物, 经离子化后在均相状态下用甲醛进行羟甲基化形成更亲水的羟甲基低聚物, 分散于水中即成稳定的PU乳液。
预聚体（含离子基团) —熔融—季胺化—羟甲基化—分散于水— PU 乳液3. 1. 4 预聚体分散水中扩链法预聚体分散水中扩链法是近年来发展起来的。
它首先制备带亲水基团并含— NCO 端基的预聚物,通常加入少量的N-甲基吡咯烷酮调整粘度, 在高速搅拌下将其分散于去离子水中, 然后加入多元胺水溶液进行扩链, 生成高分子量的水性聚氨酯。
预聚体—引入亲水基—分散于水—扩链— PU乳液预聚体分散法的优点是工艺简单, 能节省大量的溶剂, 便于连续化工业生产, 有较好的发展前景,虽产品质量不如丙酮法, 但无需使用大量的有机溶剂, 并可制备有支化度的聚氨酯乳液, 是目前工业化生产涂料和胶粘剂比较成熟的方法, 发达国家主要利用该法合成高档脂肪族水性聚氨酯。
此外, 还有溶液法、二元胺直接扩链法、酮亚胺和酮连氮法、与水直接混合法、固体自发分散法等。
近年来出现了一些新的制备方法, 如用SO3 或浓H2SO4 磺化芳香族多异氰酸酯多元醇的预聚物, 将亲水性的) SO3H 基团引入大分子苯环上, 经扩链反应制得磺酸盐型水性聚氨酯。
同时, 在软硬段中同时引入离子基团也成为自乳化设计的手段之一。
3. 2 水性聚氨酯在应用前的固化剂选择3. 2. 1 传统固化机理水性聚氨酯本身是热塑性的线型结构, 不能直接拿来就应用, 必须存在第 2 组分, 在一定温度( 或湿度) 等条件下, 与水性聚氨酯的异氰酸酯基进行逐步聚合反应, 或催化聚合反应, 生成三维网络结构( 体型网状结构) 的固化物后才能使用。
这个充当第 2 组分的化合物或树脂称作固化剂。
在使用水性聚氨酯之前, 固化剂的选择尤为重要, 因为它关系着操作工艺的难易和产品性能能否实现。
选择产品固化剂时首先要判断产品结构中的能团可以和何种物质发生反应从而生成空间立体网状型结构。
只有让线型的水性聚氨酯通过与固化剂的反映变为立体的带有一定支化度的结构时才可以保证在单位空间内决定反映性能的羟基含量得到充分提高, 从而大大优化了产品的性能。
20 世纪60 年代日本的大石直四郎就为选择固化剂提出了30 条基准。
有时单独使用一种固化剂不能满足工艺和固化产品性能的要求，可以将同类的固化剂进行复配,比如脂肪胺和聚酰胺、聚酰胺和芳香胺、不同结构的酸酐之间配比等。
如图2 所示, 可以选择水性聚氨酯与固化剂3,3.-二氯-4, 4.-二氨基二苯甲烷( MOCA) 反应, 使本身为线型结构的水性聚氨酯通过异氰酸基与固化剂中的氨基反映, N 原子上剩余的H 原子可以继续被异氰酸基所取代, 继续形成连有一个H 的N 原子,如此反映下去, 使得原线性的水性聚氨酯可以迅速变成空间网状结构, 这就弥补了水性聚氨酯在应用时所出现的受热软化, 黏度降低等缺点, 使其得到更为广泛的应用。
我们正在开发一种以含有超支化的有机物质为主要原料的水性聚氨酯固化剂来代替传统的固化剂, 不仅可以提高水性聚氨酯的固化效果,降低固化成本, 更能避免传统水性聚氨酯固化剂中的毒性, 达到和谐环境的要求。
3. 2. 2 水固化机理当前, 水固化聚氨酯是一类极具特色的新产品,其无毒环保的特点为其在工业上的应用赢得一席之地。
然而, 考虑到各种商业因素, 关于聚氨酯水固化机理的报道往往点到即止, 使得许多人对于这种新型的固化产品只是一知半解。
更有甚者将水固化聚氨酯与水性聚氨酯混为一谈, 给广大消费者造成了误导。
水固化聚氨酯顾名思义就是以清洁能源水代替传统的MOCA 作为固化剂。
而水固化与所使用的聚氨酯类型无关, 因此水固化不仅仅应用于水性聚氨酯, 对于传统的溶剂型聚氨酯依然适用。
因此将水固化聚氨酯与水性聚氨酯混为一谈是基本概念的混淆。
水固化聚氨酯的反应机理为: 异氰酸酯与水反应, 首先生成不稳定的氨基甲酸, 然后由氨基甲酸分解成二氧化碳和胺, 在过量的异氰酸酯存在下, 生成的胺与异氰酸酯继续反应, 生成取代脲。
其反应过程可表示如下：R—NCO+ H2O →R—NHCOOH R—NH2 +CO2 ↑R—NH2+ R—NCO→ R—NHCONH—R由于R—NH2 与R—NCO 的反应比与水反应快, 故上述反应可写成：2R— NCO+ H2O →R — NHCONH + CO2 ↑4 水性聚氨酯的防水性能及应用4. 1 水性聚氨酯的防水性能防水涂料是指起着防潮、防漏、保护涂饰物及其构件不受水侵蚀破坏作用的一类涂料。