水性聚氨酯的基本知识及研究进展 刘淑芳

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1、水性聚氨酯的基本知识及研究进展刘淑芳化工1班040903215摘要：水性聚氨酯具有良好的物理机械性能、耐寒性、耐有机溶剂，但是由于分子链上含有亲水链使得水性聚氨酯耐水性差、固含量低、光泽差。关键词：水性聚氨酯，甲苯二异氰酸酯前言：水性聚氨酯（PU）是以水代替了传统的有机溶剂让聚氨酯溶解于水或者分散于水中而形成的一种聚氨酯树脂。由于水为分散介质具有不燃、气味小、节能、操作方便、不污染环境减少了聚氨酯生产过程中有害气体对环境的污染，符合绿色化学的发展要求，并降低了生产成本等优点，已受到人们的广泛重视。本文通过认真听李晓教授在课上的讲座及作者在课后查找资料，简要记述了水性聚氨酯的基本知识、包括分

2、子结构、沿革发展、主要应用、制备方法等内容。1.水性聚氨酯概述聚氨酯（PU）是聚氨基甲酸酯的简称。结构是—[—CO-NH-R-NH-CO-O-R-O—]n—根据所用原料官能团数目的不同，可以是线性结构或体型结构。水性聚氨酯是指聚氨酯荣誉水或者分散于水中而形成的一种聚氨酯树脂（WPU）。2.水性聚氨酯的沿革2.1.1异氰酸酯简介异氰酸酯是异氰酸的各种酯的总称，若以－NCO基团的数量分类，包括单异氰酸酯R－N=C=O和二异氰酸酯O=C=N－R－N=C=O及多异氰酸酯等。单异氰酸酯是有机合成的重要中间体，可制成一系列氨基甲酸酯类杀虫剂、杀菌剂、除草剂，也用于改进塑料、织物、皮革等的防水性。二官能

3、团及以上的异氰酸酯可用于合成一系列性能优良的聚氨酯泡沫塑料、橡胶、弹力纤维、涂料、胶粘剂、合成革、人造木材等。目前应用最广、产量最大的是有：甲苯二异氰酸酯（TolueneDiisocyanate，简称TDI）；二苯基甲烷二异氰酸酯（MethylenediphenylDiisocyanate，简称MDI。在李晓教授实验使用主要就是甲苯二异氰酸酯（TDI），本文主要介绍甲苯二异氰酸酯（TDI）为无色有强烈刺鼻味的液体，沸点251°C，比重1.22，遇光变黑，对皮肤、眼睛有强烈刺激作用，并可引起湿疹与支气管哮喘，主要用于聚氨酯泡沫塑料、涂料、合成橡胶、绝缘漆、粘合剂等。2.1.2异氰酸酯的工业化

4、阶段：1849德国人伍兹用烷基硫酸盐与氰酸钾进行氰酸钾进行复分解反应得到脂肪族异氰酸酯1850赫夫曼用二苯基甲酰胺合成出芳香族异氰酸酯1884亨切尔用胺用胺用胺及其盐与光气反应制成了异氰酸酯，奠定了工业化基础。2.2．1聚氨酯简介聚氨酯全称为聚氨基甲酸酯,是主链上含有重复氨基甲酸酯基团(NHCOO)的大分子化合物的统称。它是由有机二异氰酸酯或多异氰酸酯与二羟基或多羟基化合物加聚而成。聚氨酯大分子中除了氨基甲酸酯外,还可含有醚、酯、脲、缩二脲,脲基甲酸酯等基团。通过改变原料种类及组成，可以大幅度地改变产品形态及其性能，得到从柔软到坚硬的最终产品。聚氨酯制品形态有软质、半硬质及硬质泡沫塑料、弹

5、性体（聚氨酯弹性体简称为TPU）、油漆涂料、胶粘剂、密封胶、合成革涂层树脂、弹性纤维等，广泛应用于汽车制造、冰箱制造、交通运输、土木建筑、鞋类、合成革、织物、机电、石油化工、矿山机械、航空、医疗、农业等许多领域。2.2.2聚氨酯工业化阶段1937年，拜耳及其同事第一次利用异氰酸酯与多元醇化合物进行逐步加成反应制得了各种聚氨酯树脂和聚脲化合物1944年，拜耳进行了聚氨酯的首次工业化HDI+BDO（牌号：IgamidU）2.2.3水性聚氨酯工业化阶段1943年，德国化学家斯科拉克（P.Schlack）首次制备出了聚氨酯乳液1953年，杜邦公司万杜特尔（Wyandotl）将由二异氰酸酯和聚醚制成

6、预聚体的苯溶液分散在水中，此后又用二胺扩链合成了聚氨酯乳液（首次引入软段）；1967年，杜邦公司实现了水性聚氨酯的第一次工业化水性聚氨酯在中国的发展1.1958年开始研究甲苯二异氰酸酯2.1965年开始生产聚氨酯3.1972年，中国水性聚氨酯起步a.较早开始研究的有安徽大学、成都科技大学、晨光化工研究等b.存在问题：产品单一，主要是芳香族皮革涂饰用PUD；固含低，多在20%-30%，高固含快干型极少；原料使用范围窄;聚醚型大分子、芳香族异氰酸酯、羧酸型PUD为主。1.水性聚氨酯产品分类及应用和研究背景由于聚氨酯原料和配方的多样性，水性聚氨酯开发40年左右的时间，人们已研究出许多种制备方法和

7、制备配方。水性聚氨酯品种繁多，可以按多重方法分类。3.1以外观分水性聚氨酯可分为聚氨酯乳液、聚氨酯分散液、聚氨酯水溶液。实际应用最多的是聚氨酯乳液和分散液。3.2以亲水基团的性质分根据聚氨酯分子侧链或主链上是否含有离子基团，即是否属离子键聚合物(离聚物)，水性聚氨酯可分为阴离子型、阳离子型、非离子型。含阴、阳离子的水性聚氨酯又称为离聚物型水性聚氨酯。3.3以聚氨酯原料分按主要低聚物多元醇类型可分为聚醚型、聚酯型及聚烯烃型