水性聚氨酯及其改性方法

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1、隨著各國環(huán)保法規(guī)的確立和環(huán)保意識的增強，傳統(tǒng)的溶劑型涂料中的揮發(fā)性有機化合物（VOC）的排放越來越受到限制。因此，開發(fā)低污染環(huán)保型的水性涂料、粉末涂料、高固含量涂料和光固化涂料已成為開發(fā)的主要方向。水性聚氨酯（PU）涂料具有良好的物理機械性能和優(yōu)良的耐寒性。但是，由于單一PU乳液存在自增稠性差，固含量低，乳膠膜的耐水性差，光澤性較差，機械強度不及丙烯酸樹脂，且成本較高等缺陷，其應(yīng)用受到一定的限制。而聚丙烯酸酯（PA）乳液具有較好的耐水性、物理機械性能和耐候性能，故PU和PA在性能上具有互補性。所以將聚氨酯乳液與聚丙烯酸酯乳液復(fù)合制

2、備水性聚氨酯一聚丙烯酸酯（PUA）復(fù)合乳液，兼有聚氨酯乳液和聚丙烯酸酯乳液的優(yōu)良特性，成本較低，具有較好的應(yīng)用前景。利用有機硅和有機氟對水性聚氨酯進行改性，將各自優(yōu)點融合起來，突出了環(huán)保和高效的特點，獲得了更優(yōu)的特性，因而得到人們的廣泛關(guān)注與快速發(fā)展。有機硅材料具有耐高低溫、耐老化、耐臭氧、電絕緣耐燃、無毒、無腐蝕和生理惰性等優(yōu)異性能，因而是聚氨酯改性產(chǎn)品的理想材料。另外，由于氟原子半徑小，電負(fù)性強、碳氟鍵鍵能高，因此賦予了氟涂料極好的利紫外線和核輻射性、柔韌性，優(yōu)良耐磨性，低表面能，高抗張強度，高電阻率和高耐候性，含氟的聚氨酯樹

3、脂涂料就是一種可常溫固化的具優(yōu)異性能的涂料品種。1.2水性聚氨酯概述聚氨酯是聚氨基甲酸酯的簡稱。凡是在高分子主鏈上含有許多重復(fù)的-NHCOO-基團的高分子化合物通稱為聚氨基甲酸酯（Ployurethnae，簡稱PU）。通常所說的聚氨酯系由二元或多元有機異氰酸酯與二元或多元醇化合物（聚醚多元醇或聚酯多元醇）相互反應(yīng)而得的，其大分子主鏈?zhǔn)怯刹ＡЩ瘻囟鹊陀谑覝氐娜嵝枣湺魏筒ＡЩ瘻囟雀哂谑覝氐膭傂枣湺吻抖味傻囊罁?jù)聚氨酯材料的本身結(jié)構(gòu)，可以分為體形與線形，一般由于所用原料官能團數(shù)目的不同，可以合成體形或線形結(jié)構(gòu)的高分子，如當(dāng)有機異氰酸酯和

4、多元醇化合物均為二官能團時，即可得到線形結(jié)構(gòu)得高聚物，若其中之一種或兩種，部分或全部具有三個及三個以上官能團時則得到體形結(jié)構(gòu)的聚合物，由于聚合物的結(jié)構(gòu)不同，性能也不一樣，利用這些性質(zhì)，聚氨酯類聚合物可以用在橡膠、塑料、纖維、涂料、貓合劑、皮革、染整紡織等方面[1]。因此，它的應(yīng)用領(lǐng)域極為廣闊，從航天技術(shù)到人們的衣食住行，幾乎滲透到社會的各個方面。水性聚氨酯是以水代替有機溶劑為分散介質(zhì)的新型聚氨酯體系，同屬于聚氨酯體系，但對環(huán)境無污染、不易著火和中毒、節(jié)省資源和能源的材料[3-5]。和許多聚氨酯材料一樣，聚氨酯和水是不相容的，但通過

5、特殊處理或改性可以分散在水中。最常用的是把離子基團引入到聚氨酯的分子鏈段上來，因為離子基團是天然親水并起著內(nèi)乳化劑的作用。通常依其外觀和粒徑，將水性聚氨酯分為三類：聚氨酯水溶液（solutions，<0.001um，全透明）、聚氨酯分散體（dispersions，粒徑0.001-0.lum，半透明）和聚氨酯乳液（emulsions，粒徑>>0.lum外觀白濁），有人也稱水性（或水系）聚氨酯或水基聚氨酯。目前的實際應(yīng)用中，以水基聚氨酯分散體最多，尤其在涂料、油墨、皮革、染整、紡織等方面[1-3]。1.3水性聚氨酯的研究進展水性聚氨酯

6、的研究開始于上個世紀(jì)四十年代，西德科學(xué)家Schlack于1943年在乳化劑或保護膠體存在下，將二異氰酸酯在水中乳化，并在強烈攪拌下加入二胺，首次成功制備了水性聚氨酯[6]。1953年DuPont公司的Wyandorl將由二異氰酸酯和聚酯多元醇制備的聚氨酯預(yù)聚體的甲苯溶液分散于水中，用二胺擴鏈，也制備成了水性聚氨酯。1967年P(guān)U乳液首次實現(xiàn)工業(yè)化并在美國市場問世，1972年Bayer公司率先將PU水乳液用作皮革涂飾劑，水性PU開始成為重要商品[7]。1975年研制成功的自乳化型水性聚氨酯，使性能得到大幅度提高，同時也拓寬了水性聚氨

7、酯的應(yīng)用領(lǐng)域。與應(yīng)用同步，水性聚氨酯的理論也同步發(fā)展。70年代開始出現(xiàn)有關(guān)水性聚氨酯體系的穩(wěn)定機理、相轉(zhuǎn)變過程、結(jié)構(gòu)和性能關(guān)系等方面的理論研究報告。進入90年代以后，由于人們對環(huán)境問題的日益關(guān)注，水性聚氨酯的發(fā)展進入高潮，應(yīng)用和理論研究都得到飛速發(fā)展?，F(xiàn)今已有很多種類的水性聚氨酯產(chǎn)品，成功地應(yīng)用于輕紡、印染、皮革加工、涂料、膠粘劑、木材加工、建筑、造紙等行業(yè)?？傊瑖馑跃郯滨ビ捎诳蒲辛α啃酆?，研究開發(fā)時間早，基礎(chǔ)研究深入，其主要特點是：品種齊全，配套可選，綜合性能好，性能穩(wěn)定。相對于國外的水性聚氨酯研究，國內(nèi)起步較晚但發(fā)展較快

8、，其生產(chǎn)和應(yīng)用也很有限。我國國內(nèi)水性聚氨酯的研究開始于上世紀(jì)七十年代，1976年沈陽皮革研究所最早研制出用于皮革涂飾用的水分散性聚氨酯。此后相繼有北京5#乳液、天津皮革所的PU-1型乳液及PU型乳液皮革涂飾材料的生產(chǎn)。進入八十年代后，水性聚氨酯的研