水性聚氨酯的合成原理及其应用
水性聚氨酯
水性聚氨酯 Waterborne polyurethane
08/22
1. 水性聚氨酯的基本原料与合成
1. 2 水性聚氨酯的合成
(2) 扩链反应
小分子二元醇扩链
小分子二元胺扩链 水性聚氨酯 Waterborne polyurethane
09/22
1. 水性聚氨酯的基本原料与合成
1. 2 水性聚氨酯的合成
05/22
1. 水性聚氨酯的基本原料与合成
1. 1 水性聚氨酯的基本原料 1.1.3 亲水扩链剂
(1) 阴离子型 (2) 阳离子型 (2) 非离子型
水性聚氨酯 Waterborne polyurethane
06/22
1. 水性聚氨酯的基本原料与合成
1. 2 水性聚氨酯的合成
外乳化法（外加乳化剂）
水
水溶性原料法
性
化 方
熔融分散法
法
固体自分散法
自乳化法
相转变法
—NCO封端法
水中扩链
水性聚氨酯 Waterborne polyurethane
07/22
1. 水性聚氨酯的基本原料与合成
1. 2 水性聚氨酯的合成39; OH
O
O
OCN R NH C O R' O C NH R NCO
方式、反应时间）。 3.2 不同点： 复鞣剂：
（1）分子量适宜皮内渗透，一般不加交联剂，呈线形； （2）对成膜无要求。 涂饰剂：
（1）分子量较大，要加交联剂，呈体型； （2）成膜性能有很高的要求（粘着性好、抗张强度高、反弹性好、耐溶剂、
耐干湿擦、耐水性好、耐磨性好等）。
水性聚氨酯 Waterborne polyurethane
2.3.1 硬段对性能的影响 （1）异氰酸酯 （2）扩链剂或交联剂 （3）亲水扩链剂
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。
水性聚氨酯的制备与性能
水性聚氨酯的制备与性能
一、引言
水性聚氨酯是一种有机合成材料，它结合了传统合成材料的柔韧和环境友好的性能，受到了广泛的应用。
目前，水性聚氨酯已经在许多行业得到广泛应用，包括建筑、汽车、印刷包装、家具等行业。
本文将介绍水性聚氨酯的制备方法和性能特征。
二、水性聚氨酯的制备
1、原料的准备
水性聚氨酯的主要原料有氨基甲酸酯、甲醛和水，这些原料可以分别从工业原料和生物质中获得。
氨基甲酸酯是构成水性聚氨酯结构的主要成分，甲醛作为活性剂可以加快氨基甲酸酯的反应，而水则可以作为反应介质和稀释剂。
2、合成过程
在水性聚氨酯制备过程中，氨基甲酸酯和甲醛在反应介质水的催化下发生加成反应，形成聚氨酯聚合物。
反应可以分为电解质催化和非电解质催化两种方法，可根据需要选择合适的催化方法。
电解质催化方法是通过电解把氨基甲酸酯和甲醛转变为氧化态或还原态，以实现加成反应；而非电解质催化方法是通过酶催化氨基甲酸酯和甲醛发生加成反应。
三、水性聚氨酯的性能特征
1、耐久性。
水性聚氨酯的制备及改性方法
水性聚氨酯的制备及改性方法
一、水性聚氨酯的制备方法：
1.原位聚合法：通过在聚醚、聚酯等官能化的基料中，加入异氰酸酯类化合物，经过聚合反应形成水性聚氨酯。
2.分散聚合法：将异氰酸酯类物质预分散于水中，再与聚醚、聚酯等官能化的基料发生反应，形成水性聚氨酯。
二、水性聚氨酯的改性方法：
1.溶剂改性：将溶解介质（如乙醇、丙酮等）加入到水性聚氨酯中，通过调整溶解度和离子强度，改变聚氨酯的粘度、干燥速度等性能。
2.聚合物改性：将其他合成树脂（如丙烯酸乳液、聚酯树脂等）与水性聚氨酯混合进行共聚反应，以改善聚氨酯的力学性能、耐热性等性能。
3.环氧树脂改性：将环氧树脂加入水性聚氨酯中，通过交联反应，提高聚氨酯的耐磨性、耐溶剂性和耐冲击性。
4.硅橡胶改性：将硅橡胶加入水性聚氨酯中，形成混合胶，可以提高聚氨酯的耐候性、耐油性和抗拉强度。
5.纳米填料改性：引入纳米颗粒（如纳米二氧化硅、纳米氧化铁等）到水性聚氨酯中，通过增加界面层面，提高聚氨酯的力学性能、耐磨性和耐腐蚀性。
三、水性聚氨酯的应用领域：
1.涂料与胶粘剂：水性聚氨酯可以用于木材涂料、金属涂料、塑料涂料、地板涂料、汽车涂料等领域。
2.印刷油墨：水性聚氨酯可以用于纸张印刷油墨、塑料印刷油墨等领域。
3.纤维与皮革：水性聚氨酯可以用于纺织面料的涂层、皮革的涂层和胶粘剂等领域。
4.胶黏剂与密封剂：水性聚氨酯可以用于建筑胶黏剂、汽车密封剂、电子胶黏剂等领域。
5.防腐与防护：水性聚氨酯可以用于防水涂料、防腐涂料、建筑涂料等领域。
总之，水性聚氨酯的制备及改性方法多种多样，可以根据不同需求和应用领域进行选择和调整，以获得理想的性能和性质。
水性聚氨酯树脂的合成研究
水性聚氨酯树脂的合成研究水性聚氨酯树脂是一种优良的环保型材料，它具有良好的性能和广泛的应用领域。
近年来，人们对水性聚氨酯树脂的研究逐渐增多，不断探索其合成方法和应用。
本文将就水性聚氨酯树脂的合成研究进行详细论述。
一、水性聚氨酯树脂的概述水性聚氨酯树脂是一种以聚醚多元醇、聚酯多元醇或是聚醚多聚醇为主要原料，通过与异氰酸酯反应制得的树脂。
与传统的有机溶剂型聚氨酯树脂相比，水性聚氨酯树脂具有绿色环保、无污染、易于处理等优点，被广泛应用于涂料、胶粘剂、纺织品等领域。
二、水性聚氨酯树脂的合成方法1. 分散聚合法分散聚合法是水性聚氨酯树脂合成的主要方法之一。
它的原理是聚氨酯分散体在水中进行液相聚合，形成乳液状的水性聚氨酯树脂。
这种方法具有操作简便、反应条件温和等优点。
2. 预聚合物溶液与分散法的组合该方法是将预聚合物溶液与分散法相结合，首先制备出预聚合物溶液，然后将其与分散剂一起在水中分散，形成水性聚氨酯树脂。
这种方法可以获得较高固含量的水性聚氨酯树脂，具有优异的涂膜性质。
3. 水相法合成水相法合成是通过合成聚氨酯预体（聚酯多元醇与异氰酸酯的缩合产物）后，直接在水相中加入反应物，进行改性与交联反应，形成水性聚氨酯树脂。
这种方法可制备出具有优异性能的水性聚氨酯树脂。
三、水性聚氨酯树脂的应用1. 涂料领域水性聚氨酯树脂在涂料领域有着广泛的应用，如水性聚氨酯木器涂料、金属涂料、塑料涂料等。
其具备优异的耐温性、耐候性和耐化学品性，能够提供优良的保护和装饰效果。
2. 胶粘剂领域水性聚氨酯树脂在胶粘剂领域也有重要的应用价值。
由于其可调控的粘附性能和固含量高，水性聚氨酯胶粘剂被广泛应用于皮革、纺织品、木材等领域。
3. 纺织品领域水性聚氨酯树脂在纺织品领域具备良好的弹性、耐磨性和耐洗涤性能，可用于制备高品质的涂层纺织品、弹性纺织品和功能性纺织品。
四、水性聚氨酯树脂的发展前景水性聚氨酯树脂以其环保、无毒、可再生等特点逐渐受到人们的关注。
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河北科技大学 肖继君
提要
一、水性聚氨酯的分类 二、自乳化法制备单组分水性聚氨酯的原理 三、双组分水性聚氨酯的制备原理
四、水性聚氨酯的应用
一、水性聚氨酯的分类
• 按分散状态分类 水溶液 分散液 乳液 • 按亲水基团的性质分类 阴离子 阳离子 非离子 混合型
一、水性聚氨酯的分类
四、水性聚氨酯的应用
• 实例：植物油改性水性聚氨酯
c. 中和
O O O CH3 O O O OCN R NH CO CO NH R NH CO CH2 C CH2 CO NH R NH CO CO NH R NCO COOH
C2H5 N C2H5 C2H5
O O O CH3 O O O OCN R NH CO CO NH R NH CO CH2 C CH2 CO NH R NH CO CO NH R NCO COO NH(C2H5)3
二、自乳化法制备单组分水性聚氨酯 的原理
• 低聚物多元醇 聚醚二元醇 聚酯二元醇 其他低聚物二元醇：聚碳酸酯二元醇 聚己内酯二元醇 聚丁二烯多元醇 蓖麻油类多元醇 丙烯酸酯多元醇
二、自乳化法制备单组分水性聚氨酯 的原理
• 多异氰酸酯 芳香族多异氰酸酯：TDI、MDI 脂肪族多异氰酸酯：HDI 脂环族多异氰酸酯：IPDI、H-MDI
四、水性聚氨酯的应用
• 实例：植物油改姓水性聚氨酯 b. 预聚体的制备
HO OH + 2 OCN R NCO
O O OCN R NH CO OC NH R NCO CH2OH CH3CH2 C COOH CH2OH O O O CH2CH3 O O O OCN R NH CO CO NH R NH CO CH2 C CH2 CO NH R NH CO CO NH R NCO COOH
• 按水性化方法分类 内乳化法（自乳化法） 外乳化法 • 按使用形式分类 单组分水性聚氨酯 热固性 含封闭异氰酸酯 双组分水性聚氨酯
光固化 PUA
一、水ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ聚氨酯的分类
内乳化法（自乳化法） 溶液法 预聚体法 熔融分散缩聚法 酮亚胺和酮连氮法 保护端基乳化法
二、自乳化法制备单组分水性聚氨酯 的原理
1. 主要原料 • 低聚物多元醇 • 多异氰酸酯 • 扩链剂 • 溶剂 • 封端剂 • 成盐剂
四、水性聚氨酯的应用
三、双组分水性聚氨酯的制备原理
1. 水性含羟基组分 • 端羟基的聚氨酯水分散体
三、双组分水性聚氨酯的制备原理
2. 水可分散的多异氰酸酯组分
三、双组分水性聚氨酯的制备原理
2. 水可分散的多异氰酸酯组分
三、双组分水性聚氨酯的制备原理
2. 水可分散的多异氰酸酯组分
NCO R N H2C O C N R NCO N R NCO CH2
二、自乳化法制备单组分水性聚氨酯 的原理
• 扩链剂 二羟甲基丙酸（DMPA)
二羟甲基丁酸（DMBA) 氨基磺酸盐 羟基磺酸盐
二、自乳化法制备单组分水性聚氨酯 的原理
• 溶剂 丙酮 丁酮 甲乙酮 二氧六环
二、自乳化法制备单组分水性聚氨酯 的原理
• 封端剂 醇类 酚类 肟类
二、自乳化法制备单组分水性聚氨酯 的原理
CH3 O S O OH HN
N
CH3
-
O3S
O O C C NH R N N R NCO N H2C CH2 N R NCO
四、水性聚氨酯的应用
1. 水性聚氨酯涂料 • 水性木器漆 • 汽车修补漆 • 船舶漆 • 建筑涂料 • 皮革涂饰剂 • 合成革浆料 • 织物涂层 • 涂布纸
四、水性聚氨酯的应用
四、水性聚氨酯的应用
• 实例：植物油改性水性聚氨酯 d. 扩链 、分散
OCN NCO + NH2 CH2 CH2 NH2
O O NH C NH CH2 CH2 NH C NH
四、水性聚氨酯的应用
2. 水性聚氨酯胶粘剂 • 汽车胶粘剂 • 木材胶粘剂 • 鞋用胶粘剂 • 服装用胶粘剂 • 复合软包装用胶粘剂
四、水性聚氨酯的应用
2. 水性聚氨酯胶粘剂 • 复合软包装用胶粘剂 a. 复合软包装材料的特点 功能：屏蔽、可印刷、热封 应用领域：食品、医药、化妆品、办公用品等 复合薄膜的基本材料：纸、塑料、铝箔、干法纸 复合薄膜的形式：玻璃纸/塑料、纸/塑料、塑料/塑 料、纸/金属箔、塑料/金属箔、玻璃纸/塑料、金属 箔等
1. 水性聚氨酯涂料 • 皮革涂饰剂 涂饰是皮革制造过程中的一个重要环节。 涂饰可增加皮革美观和耐用性能、提高皮革档 次、增加花色品种和扩大适用范围。 常见的皮革涂饰剂：酪素涂饰剂 丙烯酸涂饰剂 硝化纤维涂饰剂 聚氨酯涂饰剂
四、水性聚氨酯的应用
1. 水性聚氨酯涂料 • 皮革涂饰剂 水性聚氨酯涂饰剂的特点 生产安全环保 成膜性能好、遮盖力强、粘结牢固、耐低 高温、耐水、耐磨、有弹性 涂饰后的成革手感丰满、舒适。 水性聚氨酯涂饰剂的研究开发特点 工艺上、制备方法、皮革应用方面
四、水性聚氨酯的应用
1. 水性聚氨酯涂料 • 皮革涂饰剂 涂饰剂的发展趋势 水性聚氨酯涂饰剂逐渐占主导地位 单一涂饰剂向复合型及多功能涂饰剂发展 单组分慢慢向双组分过渡
四、水性聚氨酯的应用
• 实例：植物油改性水性聚氨酯 工艺路线
醇解物 聚醚多元醇 IPDI 二羟甲基丁酸 丙 酮
预聚反应
引入亲水扩链剂
降
粘
乳 液
分
散
扩
链
中
和
蒸馏水
扩链剂
中和剂
四、水性聚氨酯的应用
• 实例：植物油改性水性聚氨酯 a. 醇解
O CH2OH H2C O C R1 O CH3CH2C CH2OH + HC O C R2 O CH2OH H2C O C R3 CH2OH LiOH △ O CH2O C R
O CH3CH2C CH2 O C R + HC OH CH2OH CH2OH
• 成盐剂 三乙胺 氨水 氢氧化钠
二、自乳化法制备单组分水性聚氨酯的 原理
2. 单组份水性聚氨酯的合成原理 • 预聚体的制备 • 中和 • 扩链、分散
二、自乳化法制备单组分水性聚氨酯的 原理
2. 单组份水性聚氨酯的合成原理
三、双组分水性聚氨酯的制备原理
1. 水性含羟基组分 • 端羟基的聚氨酯水分散体 • 水性聚酯多元醇 • 水性丙烯酸酯多元醇 • 水性丙烯酸聚氨酯 2. 水可分散的多异氰酸酯组分