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水性聚氨酯树脂
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水性聚氨酯树脂合成

2021-03-18 23:32:35

水性聚氨酯是以水替代有机溶剂作为涣散介质的新型聚氨酯体系,也称水涣散聚氨酯、水系聚氨酯或水基聚氨酯。水性聚氨酯以水为溶剂,无污染、安全可靠、机械功能优异、相容性好、易于改性等长处。

进入90年代,跟着人们环保认识以及环保法规的加强,环境友好的水性聚氨酯的研讨、开发日益遭到重视,其应用已由皮革涂饰剂不断扩展到涂料、黏合剂等领域,正在逐渐占领溶剂型聚氨酯的市场,代表着涂料、黏合剂的发展方向。令人奇怪的是,在水性树脂中, 水性聚氨酯依然也是优异树脂的代表,是现代水性树脂研讨的热点之一。

基本概念

水性聚氨酯是以水替代有机溶剂作为涣散介质的新型聚氨酯体系,也称水涣散聚氨酯、水系聚氨酯或水基聚氨酯。水性聚氨酯以水为溶剂,无污染、安全可靠、机械功能优异、相容性好、易于改性等长处。

水性聚氨酯可广泛应用于涂料、胶粘剂、织物涂层与收拾剂、皮革涂饰剂、纸张表面处理剂和纤维表面处理剂。

本项目经过国家自然科学基金赞助研讨及十多年的研制,已具有成熟的阴离子型自乳化聚氨酯乳液和阳离子型自乳化聚氨酯乳液组成改性的技能,可提供 1吨/天生产能力的水性聚氨酯生产的整套工艺和设备技能。本项目可根据用户的需求,对水性聚氨酯进行配方设计与调整以满意实际运用的要求,并可结合纳米杂化技能制备高功能的水性聚氨酯。

水性聚氨酯简单分类

按粒径和外观分可分为聚氨酯水溶液(粒径<0.001微米,外观透明)、聚氨酯水涣散体(粒径:0.001-0.1微米,外观半透明)、聚氨酯乳液(粒径>0.1微米,外观白浊);

依亲水性基团的电荷性质,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。其间阴离子型Z为重要,分为羧酸型和磺酸型两大类。

依组成单体不同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。

依产品包装方法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。

水性聚氨酯整个组成进程可分为两个阶段。第一阶段为预逐渐聚合,即由低聚物二醇、扩链剂、水性单体、二异氰酸酯经过溶液逐渐聚合生成相对分子质量为l000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涣散。

水性PU因其具有环保效果,尽管历史不长,但发展十分敏捷。

水性聚氨酯包含聚氨酯水溶液、水涣散液和水乳液三种,为二元胶态体系,聚氨酯(PU)粒子涣散于连续的水相中,也有人称水性PU或水基PU。


水性聚氨酯


水性聚氨酯涂料

经过交联改性的水性聚氨酯涂料具有杰出的储存安稳性、涂膜机械功能、耐水性、耐溶剂性及耐老化功能,并且与传统的溶剂型聚氨酯涂料的功能附近,是水性聚氨酯涂料的一个重要发展方向。品种主要包含热固型聚氨酯涂料和含关闭异氰酸酯的水性聚氨酯涂料等几个品种。

⑴热固型聚氨酯涂料。交联的聚氨酯能添加其耐溶剂性及水解安稳性。聚氨酯水涣散体在应用时与少数外加交联剂混合组成的体系叫热固型水性聚氨酯涂料,也叫做外交联水性聚氨酯涂料。运用的交联剂主要有多官能团的氮丙啶、氨基树脂(三聚氯胺树脂)或专用的环氧树脂等。选用氮丙啶,一般用量为聚氨酯质量的3%-5%,就有很好的交联薄膜生成;

⑵含关闭异氨酸酯的水性聚氨酯涂料。该涂料的成膜原料由多异氰酸酯组分和含羟基组分两部分组成。多异氰酸酯被苯酚或其它含单官能团的活泼氢原子的化合物所关闭,因此两部分可以合装而不反应,成为单组分涂料,并具有杰出的储藏安稳性。多异氰酸酯组分与苯酚、丙二酸酯、己内酰胺等关闭剂反应生成氨酯键,而氨酯键在加热的情况下又裂解生成异氰酸酯,再与羟基组分反应生成聚氨酯。因此关闭型聚氨酯水性涂料的成膜便是使用不同结构的氨酯键的热安稳性的差异,以较安稳的氨酯键来替代较弱的氨酯键。关闭剂的品种很多,但是芳香族异氰酸酯水性聚氨酯涂料主要用苯酚或甲酚。脂肪族水性聚氨酯漆则不用酚类,以免变色,可选用乳酸乙酯、己内酰胺、丙二酸二乙酯、乙酰丙酮、乙酰乙酸乙酯等;

⑶室温固化水性聚氨酯涂料。对于某些热敏基材和大型制件,不能选用加热的方法交联,有必要选用室温交联的水性聚氨酯涂料。美国空气产品和化学公司报导,经过与水涣散性多异氰酸酯结合,可以改善水性端羟基聚氨酯预聚物/丙烯酸酯混合物,尤其是羟基丙烯酸酯混合物的功能。此类水性聚氨酯涂料,选用特制的多异氰酸酯交联剂,即含(-NCO)端基的异氰酸酯预聚物,经亲水处理后涣散于各种含羟基聚合物中而形成的涣散体,与多种含羟基聚合物水涣散体组成能在室温固化的聚氨酯水性涂料;

⑷光固化水性聚氨酯涂料。光固化水性聚氨酯涂料选用电子束辐射、紫外光辐射的高强度辐射引发低活性的聚物体系发生交联固化,以紫外光固化方法为主。先用不饱和聚酯多元醇制备预聚物,然后用常规的方法引进粒子基团,经亲水处理后制得在主链上带双键的聚氨酯水涣散体,再与易溶的高活性三丙烯酸烷氧基酯单体、光敏剂等助剂混合得到光固化水性聚氨酯涂料;

⑸第三代水性聚氨酯涂料(PUA)。聚氨酯(PU)乳液和聚丙烯酸(PA)乳液同其溶剂型产品比较,具有价廉,安全,不焚烧,无毒,不污染环境等长处。纯PA乳液存在耐磨性、耐水性和耐化学性格差的缺陷,单一的PU乳液也存在一些不足,如安稳性、白增稠性和膜的保光性差,固含量高,应用规模不广等。PU和PA在性质上具有互补效果。PUA复合乳液兼备了二者的长处,具有耐磨、耐腐蚀和光亮,柔软有弹性,耐水性和机械力学功能好,耐候性佳等特性,因此被誉为"第三代水性聚氨酯",成为当今涂料的一个发展趋势。

水性聚氨酯功能分析
水性聚氨酯具有十分多的长处,所以被广泛应用在:涂料、油墨、胶粘剂、皮革涂饰剂、人造革、手套润滑剂等方面。以皮革涂饰剂为例:涂饰是皮革制作进程中的一个重要环节。它可添加皮革的美观和经用功能,提高档次,添加花色品种、扩展运用规模。其间聚氨酯类涂饰剂的成膜功能好、遮盖力强、粘结结实,涂层的物理功能优异,可大大提高成革的等级,为此遭到高度重视和广泛的关注。

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