聚氨酯固化剂的亲水改性研究进展

聚氨酯固化剂的亲水改性研究进展
赵欣
【摘要】主要介绍了聚氨酯固化剂的亲水改性,简要综述了聚氨酯固化剂的非离子改性、阳离子改性、阴离子改性以及非离子和离子混合改性等改性方法.最后对聚氨酯固化剂的发展前景进行了论述和展望.%This paper mainly introduces the hydrophilic modification of polyurethane curing agent,and briefly reviews the modification methods of polyurethane curing agent,such as non-ionic modification,cationic modification,anionic modification,non-ionic/ionic modification.Finally,the prospect of the development of polyurethane curing agent was discussed.
【期刊名称】《化工设计通讯》
【年(卷),期】2018(044)004
【总页数】1页(P2)
【关键词】聚氨酯;固化剂;改性
【作者】赵欣
【作者单位】陕西国防工业职业技术学院,陕西西安 710300
【正文语种】中文
【中图分类】TQ630.493
在聚氨酯体系中引入亲水性固化剂可以有效降低其VOC排放量，但固化剂会带来
成膜性能差和施工不便的缺点，因此需要对其进行化学改性。

常用的改性方法有外乳化法和内乳化法，与外乳化法相比，内乳化法在成膜的耐水性、耐溶剂性及机械性能等方面均有明显提高，因此应用比较广泛。

本文根据引入亲水基团的不同，把聚氨酯固化剂的亲水改性分为非离子改性、阳离子改性、阴离子改性以及非离子和离子混合改性等四个方面进行简单综述。

1 固化剂亲水改性
1.1 非离子改性
非离子改性是将含有环氧烷基亲水基团的聚醚多元醇引入多异氰酸酯中，通过多元醇分子链上的羟基和NCO基团反应，将亲水性的聚醚多元醇基团接枝到聚氨酯分子链上。

改性后的聚氨酯固化剂因聚醚多元醇基团的引入能和水浸润，并且体系中未反应的NCO基团可被聚醚多元醇分子链包裹，使其和水隔绝并能够稳定存在于水中。

需要注意的是，采用非离子改性时要严格控制聚醚多元醇的分子量、NCO 的含量以及NCO基团和OH基团的物质的量比。

如吴胜华等[1]用异氰酸酯三聚体（HDI）与聚乙二醇单甲醚（MPEG）为主要原料制备了在水中稳定分散的聚氨酯固化剂，并对其物理化学性能进行了测试，测试结果表明当亲水单体MPEG平均相对分子质量为500，-NCO∶-OH为6∶1时，能得到各项性能良好的水性聚氨酯固化剂。

1.2 阳离子改性
阳离子改性是将含有常见的如吡啶鎓盐、季铵盐、咪唑鎓盐等阳离子的物质引入多异氰酸酯分子结构中，再通过与酸中和反应后成盐得到亲水性的聚氨酯固化剂。

目前，市面上能见到的含阳离子的羟基合成树脂品类较少，且利用阳离子改性聚氨酯固化剂时合成步骤多、成本高，此外在水性聚氨酯体系中引入阳离子会造成NCO 基团与活泼氢发生副反应导致体系稳定性降低，因此限制了其应用，相关的研究也鲜有报道。

1.3 阴离子改性
阴离子改性是将含有羧酸盐、磺酸盐、磷酸盐等阴离子的物质引入多聚氨酯体系中，再加入如三乙胺、N-甲基哌啶或N-甲基吡咯等中和剂进行中和，制得能够在水中稳定分散的亲水性聚氨酯固化剂。

阴离子改性水性聚氨酯固化剂具有一定的酸性，正因为如此能延缓NCO和水中羟基基团的副反应，起到延长适用期的目的。

因此，较阳离子改性应用更为广泛。

纪学顺等[2]采用新型的氨基磺酸与多异氰酸酯三聚
体反应得到了一种高性能、易分散的水性聚氨酯固化剂。

对其性能进行测试后发现：当控制反应条件为N，N-二甲基环己胺和氨基磺酸的物质的量比为1.05、控制反应时间为4h、反应温度为100℃、氨基磺酸用量为2.5%～3.0%时可得到各项性
能较好的水性聚氨酯固化剂。

1.4 非离子和离子混合改性
非离子改性是当下水性聚氨酯固化剂的改性的主流，但是利用非离子改性时往往会造成聚氨酯耐水性差、易絮凝和有结晶倾向的缺陷；利用阴离子改性聚氨酯固化剂时要求对体系的对pH进行严格的控制，控制不当体系中的NCO会和水发生副反应给施工带来困难，因此也存在使用空间有限，难以推广的缺点。

若能将阴离子改性和非离子改性的优点结合起来则可以克服上述缺点。

Laas[3]等以HDI三聚体、二羟甲基丙酸（DMPA）、聚（乙二醇-丙二醇）丁醚等为反应起始物，制备得到
了具有一定贮存稳定性的水性聚氨酯固化剂，该固化剂能降低水性聚氨酯的结晶倾向，提高聚氨酯在水中的分散稳定性，并且能提高聚氨酯涂膜的耐水性，使其具有优良的成膜性能。

2 结束语
随着能源危机的加剧及国家对环境保护整治力度的加大，水性固化剂将终将取代溶剂型固化剂。

但国内有关水性聚氨酯固化剂的研究才刚刚起步，需要投入相当的资源来进行攻关。

目前来看，在今后的研究中主要需要克服的困难是：在保持水性聚
氨酯固化剂良好的物理化学性能的同时延长其适用期，增强其成膜的耐水性等性能，争取得到各项性能令人满意的固化剂产品。

参考文献
[1]吴胜华，姚伯龙，陈明清.双组分水性聚氨酯涂料的制备与性能——丙烯酸乳胶多元醇和亲水改性HDI三聚体混合体系[J].安徽工业大学学报（自然科学版），2011，28（02）：144-147+157.
[2]纪学顺，晋云全，赵伟国，等.高性能、易分散水性多异氰酸酯固化剂的合成与
应用研究[J].中国涂料，2014，29（04）：66-69.
[3]H J Laas，R Rettig，R Halpaap，et al.Polyisocyanate mixtures，A Process for their Preparation and their Use as Crosslinking Agents in Coating Compositions：US5473011[P].1995.。