水性聚氨酯的研究进展

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1、水性聚氨酯的基本知识及研究进展水性聚氨酯概述聚氨酯（PU）是聚氨基甲酸酯的简称。结构：—[—CO-NH-R-NH-CO-O-R-O—]n—根据所用原料官能团数目的不同，可以是线型结构或体型结构。水性聚氨酯概述水性聚氨酯是指聚氨酯溶解于水或分散于水中而形成的一种聚氨酯树脂。简称：Waterbornepolyurethane(WPU)Polyurethanedispersion(PUD)AqueousPolyurethanedispersion(APU)水性聚氨酯的沿革异氰酸酯的工业化阶段：1849德国

2、人伍兹用烷基硫酸盐与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，奠定了工业化基础水性聚氨酯的沿革聚氨酯工业化阶段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）水性聚氨酯的沿革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

3、1953年，杜邦公司万杜特尔（Wyandotl）将由二异氰酸酯和聚醚制成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的沿革水性聚氨酯在中国的发展1958年开始研究甲苯二异氰酸酯1965年开始生产聚氨酯1972年，中国水性聚氨酯起步较早开始研究的有安徽大学、成都科技大学、晨光化工研究所等存在问题：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

4、香族异氰酸酯、羧酸型PUD为主。水性聚氨酯产品的分类亲水基团性质阴离子型水性聚氨酯非离子型水性聚氨酯阳离子型水性聚氨酯异氰酸酯原料芳香族异氰酸酯型脂肪族异氰酸酯型使用形式单组份水性聚氨酯双组份水性聚氨酯制备工艺内乳化工艺外乳化工艺多组份水性聚氨酯水性聚氨酯产品的分类水性聚氨酯的主要应用水性聚氨酯涂料织物涂层整理胶黏剂玻纤浸润剂皮革涂饰剂研究背景有机溶剂价格高环境保护意识加强环境污染严重水性聚氨酯溶剂型聚氨酯控制VOC相关法规的颁发水来源广，无污染，价格便宜异氰酸酯的反应机理异氰酸酯基团的电荷分布如下式

5、异氰酸酯基团（-NCO）与亲核试剂如胺类、酚类、醇类、水、羧酸以及活性亚甲基化合物反应时，反应机理如下式：多异氰酸酯：TDI、MDI、HDI,等等。多元醇：聚酯多元醇、聚己内酯、聚醚多元醇、环氧树脂等大分子多元醇；一缩二乙二醇、1，4-丁二醇、三羟甲基丙烷等小分子多元醇。多元胺：丙二胺、异佛尔酮二胺、二乙烯三胺等。亲水剂：酒石酸、二羟甲基丙酸、半酯、二乙醇胺等。其他助剂：中和剂（如三乙胺），乳化剂（如吐温、司盘）、交联剂、增稠剂等。合成聚氨酯的的主要原料聚氨酯制备中的基本反应●异氰酸酯与含羟基化合物的

6、反应●氨基甲酸酯中氮原子上的氢原子受吸电子的羰基影响，在较高温度（100℃以上）或在催化剂存在下能和过量的异氰酸酯反应生成脲基甲酸酯，反应如式●研究表明异氰酸酯与水反应可经三个途径进行，如式聚氨酯制备中的基本反应●伯胺活泼性很大，与异氰酸酯的反应非常快，他们相互作用生成脲，反应如式●在高温下异氰酸酯与脲反应生成缩二脲，其典型反应为制HDI缩二脲，具体反应如式●异氰酸酯在100℃以上或在催化剂作用下能与氨基甲酸酯反应，生成脲基甲酸酯，如式●异氰酸酯与羧酸的反应也是逐步加聚反应，放出CO2，反应过程如式聚

7、氨酯制备中的基本反应●异氰酸酯与环氧基的反应●异氰酸酯与酚的反应异氰酸酯与环氧化合物在锌催化剂作用下，生成噁唑烷酮当二者的物质的量比例为2:1时，端基为异氰酸酯基的噁唑烷酮可以进一步发生三聚反应熔融分散法预聚体法丙酮法固体分散法保护端基法酮亚胺-酮连氮法PU制备方法水性聚氨酯常用的表征方法乳液固含量乳液表面张力乳液黏度乳液稳定性最低成膜温度乳胶粒子尺寸膜拉伸强度和断裂伸长率膜的剪切和剥离强度FTIR和SEM分析膜耐水性水性聚氨酯的优缺点优点：硬度高、附着力强、耐腐蚀、耐溶剂好、VOC含量低等优点。缺点

8、：自增稠性差、固含量低、乳胶膜的耐水性差、光泽性较低，涂膜的综合性能较差。这些不足是长期以来困扰其应用的难点。主要解决途径从工艺学方面加以研究，提高固含量；采用交联（外交联、次级交联、内交联）提高耐水、耐热性等；采用与其他树脂共混技术，降低成本；提高初粘性，如采用引入环氧树脂的方法；从乳液的形态学着手，解决粒径、黏度、贮存性与性能之间的矛盾，提高稳定性。水性聚氨酯树脂改性技术常用三大改性方法环氧树脂改性有机硅改性丙烯酸改性纳米材料改性水性聚氨酯植物油改性