内交联型改性水性聚氨酯乳液的制备及性能研究

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水性聚氨酯的合成与性能研究

水性聚氨酯的合成与性能研究

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中国皮革
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聚氨酯组成对其性能的影响
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交联法提高水性聚氨酯耐水性的研究进展

交联法提高水性聚氨酯耐水性的研究进展

第43卷第33期•118 •2017年1 1 月

山西建筑

SHANXI ARCHITECTURE

Vol.43 No.33

Nov.2017

文章编号:1009-6825 (2017) 33-0118-02

交联法提高水性聚氨酯耐水性的研究进展

翟现明

(山西省建筑科学研究院,山西太原030001)

摘要:水性聚氨酯以其节能环保的特性正在逐渐的取代传统溶剂型聚氨酯,为了使水性聚氨酯具有更好的耐水性能,国内外进 行了许多效果显著的研究和探索。介绍了交联法改性提高水性聚氨酯的研究方法和研究现状,并提出了水性聚氨酯的研究方向。

关键词:水性聚氨酯,交联法改性,耐水性

中图分类号:TU502 文献标识码:A

水性聚氨酯(WPU)已成为聚氨酯工业的重要发展方向,相比 较于传统溶剂型聚氨酯,以水作为分散介质的水性聚氨酯具有无

污染、无毒性、机械性能优良、相容性好、节能环保等优势。随着

水性聚氨酯技术的日趋成熟,其在诸多领域正在逐渐的取代传统 溶剂型聚氨酯,如:涂料、油漆、胶黏剂、皮革涂饰剂、纸张处理剂、

纤维处理剂等应用领域,因此,水性聚氨酯具有广阔的市场前景

和发展前景。

水性聚氨酯根据制备方法不同可分为自乳化法和外乳化法,其中,外乳化法由于亲水性乳化剂的残留影响固化后聚氨酯涂膜

的性能,因此,水性聚氨酯的制备以离子型自乳化法为主。自乳

化法合成水性聚氨酯根据所使用的亲水性基团不同可分为阴离

子型、阳离子型和非离子型。由于自乳化法所得水性聚氨酯的分

子链中含有大量的亲水基团,这些亲水基团很容易与水形成氢

键,从而使分子链亲水性增强,涂膜后,涂膜与水亲和性增强,水

水性聚氨酯—丙烯酸酯复合乳液的制备及其改性研究

水性聚氨酯—丙烯酸酯复合乳液的制备及其改性研究

水性聚氨酯—丙烯酸酯复合乳液的制备及其改性研究

水性聚氨酯—丙烯酸酯复合乳液的制备及其改性研究

摘要:水性聚氨酯(PU)乳液是一种广泛应用于涂料、胶粘剂、纺织品、皮革等领域的材料。然而,由于其机械性能、耐久性和稳定性方面的局限性,对PU的改性研究成为目前研究的热点之一。本文以聚醚型水性PU乳液为基础,通过丙烯酸酯的引入,制备了一种新型的聚氨酯—丙烯酸酯复合乳液,并对其性能进行了改性研究。

一、引言

水性PU乳液具有优异的物理和化学性能,但其力学性能和耐久性方面还有待改善。丙烯酸酯(AC)是一种具有良好耐候性和耐磨性的聚合物,将AC引入PU乳液中可以显著改善其力学性能和耐久性。

二、实验方法

1. 制备聚氨酯—丙烯酸酯复合乳液

通过改变聚醚多元醇/二异氰酸酯(IPDI)的配比、丙烯酸酯的引入量以及反应温度和时间等条件,制备了一系列聚氨酯—丙烯酸酯复合乳液。

2. 表征方法

使用红外光谱(FTIR)、动态力学热分析(DMA)、扫描电子显微镜(SEM)等技术对制备的复合乳液进行表征。

3. 性能测试

对复合乳液进行力学性能、耐久性和稳定性等性能测试,比较原有PU乳液和复合乳液的差异。

三、结果与讨论

1. FTIR分析结果表明,丙烯酸酯成功引入到PU乳液中。

2. DMA测试结果显示,引入丙烯酸酯后,复合乳液的玻

璃化温度和弹性模量显著提高,表明其力学性能得到了改善。 3. SEM图像显示,复合乳液中的丙烯酸酯形成了均匀分

散的微观颗粒,有助于提高涂膜的物理强度和粘附性能。

4. 力学性能测试结果表明,复合乳液的抗张强度、弹性

水性聚氨酯的合成与改性_闫福安

水性聚氨酯的合成与改性_闫福安

CHINA COATINGS 2008年第23卷第7期

15

0 引 言

聚氨酯是综合性能优秀的合成树脂之一。由于其合成单体品种多、反应条件温和、专一、可控,配方调整余地大及其高分子材料的微观结构特点,可广泛用于涂料、黏合剂、泡沫塑料、合成纤维以及弹性体,已成为人们衣、食、住、行必不可少的材料之一,其本身就已经形成了一个多品种、多系列的材料家族,形成了完整的聚氨酯工业体系,这是其它树脂所不具备的。

据有关报道,在全球聚氨酯产品的消耗总量中,北美洲和欧洲占到70%左右。美国人均年消耗聚氨酯材料约5.5 kg,西欧约4.5 kg,而我国的消费水平

还很低,年人均不足0.5 kg。

溶剂型的聚氨酯涂料品种众多、用途广泛,在涂料产品中占有非常重要的地位。水性聚氨酯的研究始自20世纪50年代,60、70年代,对水性聚氨酯的研究、开发迅速发展,70年代开始工业化生产用作皮革涂饰剂的水性聚氨酯。进入90年代,随着人们环保意识以及环保法规的加强,环境友好的水性聚氨酯的研究、开发日益受到重视,其应用已由皮革涂饰剂不断扩展到涂料、黏合剂等领域,正在逐步占领溶剂型聚氨酯的市场。在水性树脂中,水性聚氨酯仍然是优秀树脂的代表,是现代水性树脂研究的热点之一。

水性聚氨酯的合成与改性

□ 闫福安,陈 俊

(武汉工程大学化工与制药学院,武汉 430073)

摘要:对水性聚氨酯的合成单体、合成原理、合成工艺及改性方法作了介绍。水性聚氨酯合成技术不断完善,市场正在推进,国内相关企业和研究机构应加强合作,从分子设计出发,不断推进水性聚氨酯产业的技术进步和市场推广。

有机硅改性水性聚氨酯的研究

有机硅改性水性聚氨酯的研究

有机硅改性水性聚氨酯的研究

一、本文概述

随着环保理念的深入人心和科学技术的不断进步,水性聚氨酯作为一种环境友好型高分子材料,在涂料、胶粘剂、皮革涂饰剂、纸张处理剂、纤维处理剂以及高分子膜等多个领域得到了广泛应用。然而,传统的水性聚氨酯在某些性能上仍存在一定不足,如耐水性、耐溶剂性、耐候性等方面的性能有待提升。因此,通过改性提高水性聚氨酯的性能成为了研究的热点。

有机硅材料以其独特的结构和性能,如良好的耐水性、耐候性、耐化学腐蚀性等,成为了改性水性聚氨酯的理想选择。有机硅改性水性聚氨酯不仅继承了水性聚氨酯的环保性,还大幅提升了其耐水、耐候等性能,拓宽了其应用领域。

本文旨在深入研究有机硅改性水性聚氨酯的制备工艺、性能表征及应用性能,探讨有机硅改性对水性聚氨酯性能的影响机理。通过系统的实验研究和理论分析,为有机硅改性水性聚氨酯的工业化生产和应用提供理论支持和技术指导。本文也期望通过这一研究,为推动水性聚氨酯材料的发展和应用做出一定的贡献。

二、有机硅改性水性聚氨酯的制备方法

有机硅改性水性聚氨酯的制备主要涉及到有机硅化合物的引入

和水性聚氨酯的合成两个主要步骤。以下将详细介绍这一制备过程。

需要选择适合的有机硅化合物进行改性。常见的有机硅化合物包括硅烷偶联剂、聚硅氧烷等。这些化合物具有良好的耐水、耐候和耐化学腐蚀性能,能够有效提高水性聚氨酯的性能。在选择有机硅化合物后,需要进行适当的处理,如水解、醇解等,以使其能够更好地与水性聚氨酯反应。

水性聚氨酯的合成通常采用预聚体法。将异氰酸酯与多元醇进行预聚反应,生成预聚体。然后,在预聚体中加入扩链剂、催化剂、水等,进行链扩展和乳化,最终得到水性聚氨酯乳液。

水性聚氨酯的制备及改性方法

水性聚氨酯的制备及改性方法

聚氨基甲酸酯(polyurethane),简称聚氨酯(PU),是分子结构中含有重复氨基甲酸酯(-NHCOO-)结构的高分子材料的总称。聚氨酯一般由二异氰酸酯和二元醇或多元醇为基本原料经加聚反应而成,根据原料的官能团数不同,可制成线形或体形结构的聚合物,其性能也有差异。聚氨酯具有良好的力学性能、粘结性能及耐磨性等,在各领域得到了广发应用。

由于溶剂型聚氨酯的溶剂为有机物,具有挥发性,不仅污染环境,而且对人体有害。在人们日益重视环境保护的今天以及环保法规的确立,溶剂型涂料中的有机化合物的排放量受到了严格的控制,因此,开发污染小的水性涂料已成为研究的主要方向。水性聚氨酯(WPU)具有优异的物理机械性能,其不含或含有少量可挥发性有机物,生产施工安全,对环境及人体基本无害,符合环保要求。其生产方法分为外乳化法和内乳化法,外乳化法又称强制乳化法,由使用这种方法得到的乳液稳定性较差,所以使用较少。目前使用较多的是内乳化法,也称自乳化法,即在聚氨酯分子链上引入一些亲水性基团,使聚氨酯分子具有一定的亲水性,然后在高速分散下,凭借这些亲水基团使其自发地分散于水中,从而得到WPU。

然而,亲水基团的引入在提高聚氨酯亲水性的同时却降低了它的耐水性和拒油性。为了改善其耐水性和拒油性,通常是将强疏水性链段引入聚氨酯结构之中。有机硅、有机氟由于其表面能低和热稳定性好受到人们的重视,已经得到了广泛应用。同时利用纳米材料来提高涂膜的光学、热学和力学性能。纳米改性WPU 完美地结合了无机物的刚性、尺寸稳定性、热稳定性及WPU的韧性、易加工性,纳米改性WPU为涂料向高性能化和多功能化提供了崭新的手段和途径,是最有前途的现代涂料研究品种之一。[1]

交联改性水性聚氨酯的研究进展

交联改性水性聚氨酯的研究进展

果表 明 , 内交 联剂 用 量 与 乳 液涂 膜 的耐 溶 剂 性 能呈 二次 曲线 关系 , 并且 随 着 内交联 剂用 量 的增加 , 乳液
的粘 度急 剧增 大 。 柯 志烽 , 等 通过 在 扩 链 过 程 中引 入 少量 三 羟 甲基丙 烷制 备 了具 有 交 联 结 构 的 水性 聚 氨酯 乳 液 , 并 对三 羟 甲基 丙烷 的用 量 对 乳 液涂 膜 的力 学 性 能 、
发 生交 联作 用 的物 质 , 过 一 定 的 条 件使 分 子 之 间 通 发 生交 联 , 高 聚合 物 的性 能 , 提 使其 具有 较好 的耐水
性、 耐溶 剂性 等 。根据 交联 方法 的不 同 , 以分 为 内 可 交 联和外 交 联法 J 。
1 内交联 改 性水 性聚 氨酯
着 水 分和 中和 剂 的挥 发 , 当乳 液 的 p 达 到 4左 右 H 时 , 基和 酰肼基 团开 始 发 生不 可 逆 的 脱水 反 应 并 羰 生成腙 类化合 物 。 目前 , 羰基 和酰 肼 交 联反 应 已广 泛 应用 于室 温 固化 单组 分水 性聚 氨酯 的制 备 。
耐 溶剂 等性 能 进行 了研 究 。结 果 表 明 , 羟 甲基 丙 三 烷 的加人 , 聚 氨酯分 子链 具有 了交联 网状 结构 , 使 因
此 对聚 氨酯 涂膜 的 耐水 性 、 溶 剂性 都 有 了很 大程 耐

环氧树脂改性水性聚氨酯胶粘剂的合成与性能

环氧树脂改性水性聚氨酯胶粘剂的合成与性能

厂 ; 月桂 酸 二 丁基 锡 ( 一 2 、 酸 亚 锡 ( ) 二 T 1)辛 T ,
收稿 日期:0 7 o— 4; 回日期 :0 7 o 一 2 20—31 修 20一4 l。
作者简介: 谢伟(9 2 )安徽省蒙城县人 , 18 - , 在读硕士研究生 , 主要从事水性聚氨酯树脂的研究。E m i m s f18 2 . m - a : ye l2 @1 e l l 6o
了 合适 的环 氧树 脂 添加 量 为 40 8 %。用环 氧 树脂 改 性 的水性 聚 氨 酯涂 膜 具有 硬度 高 , 性 好 等特 点 。 . %- . 0 耐水
关键词 : 聚氨酯 ; 环氧树脂 ; 改性 ; 共聚
中图分类号 : 3. 2 文献标识码 : 文章编号 :04 24 (070—050 1 33 l 4 A 10-8920 )600- 3
2 03 ) 30 9 ( 安徽 大 学化 学 化 工学 院 , 徽 省绿 色 高 分子 重 点实 验 室 , 徽 合肥 安 安
摘要: 在用环氧树脂 E5 和内交联剂 T 共同改性的水性聚氨酯胶粘剂中, 一1 MP 适当添加环氧树脂可得到稳
定的乳液, 且综合性能较好。文中讨论了以共聚方式加入环氧树脂 , 结合 D C和力学性能等方面的研究, S 找出
的机 理 , 提高 内交联程 度 , 从而 合成性 能优异 的改性

水性聚氨酯的制备与性能

水性聚氨酯的制备与性能

第一章聚氨酯(PU)相关概述

1.1聚氨酯简介

1.1.1聚氨酯的定义

聚氨酯,中文名称聚氨基甲酸酯。英文名:polyurethane,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。

用途:根据所用原料的不同,可有不同性质的产品,一般为聚酯型和聚醚型两类。可用于制造塑料、橡胶、纤维、硬质和软质泡沫塑料、胶粘剂和涂料等。

制备来源:由二元或多元异氰酸酯与二元或多元羟基化合物作用而成的高分子化合物。

聚氨基甲酸酯,是分子结构中含有—NHCOO—单元的高分子化合物,该单元由异氰酸基和羟基反应而成,反应式如下:

—N=C=O + HOˉ→—NH-COOˉ

聚氨酯的发现:20世纪30年代,德国Otto Bayer 首先合成了TPU。在1950年前后,TPU作为纺织整理剂在欧洲出现,但大多为溶剂型产品用于干式涂层整理。20世纪60年代,由于人们环保意识的增强和政府环保法规的出台,水系TPU涂层应运而生。70年代以后,水系PU涂层迅速发展,PU涂层织物已广泛应用。80年代以来,TPU的研究和应用技术出现了突破性进展。与国外相比,国内关于PU纺织品整理剂的研究较晚。

1.2 水性聚氨酯的概念

水性聚氨酯是以水代替有机溶剂作为分散介质的新型聚氨酯体系,也称水分散聚氨酯、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、机械性能优良、相容性好、易于改性等优点。聚氨酯树脂的水性化已逐步取代溶剂型,成为聚氨酯工业发展的重要方向。水性聚氨酯可广泛应用于涂料、胶粘剂、织物涂层与整理剂、皮革涂饰剂、纸张表面处理剂和纤维表面处理剂。

内交联型水性聚氨酯的合成及其性能研究

内交联型水性聚氨酯的合成及其性能研究

( P wees de , W U) r t id u
Ke o d : tr o e p l u e a e e wo k n ; I DI i fu n i gf c o s y W r s wae b r y r t n ;n t r i g P ; n e cn tr n o h l a
水性 聚氨 酯 以水 为分散 介质 , 具有 无 毒、 不燃 、 环 保等优 点 ,成 为 当前人 们研 究 的热点 。对水 性 聚 氨 酯 的研 究 ,所 用 的原 料大 都是 T ,其 耐候性 差 , DI 容 易黄 变,不适 用于要 求耐黄 变 的地 方使 用。其制 备 的方 法 多采 用 自乳 化 法,即在 聚 合物 大分 子链 上 引人适 量 的亲水 基 团。正 是这 些亲 水基 团 的存在 使
P EG- 0 0a dP G- 0 0a d d F co sif e c n mu s nsa i t d me h nc l r p ris f tr o n l ue a e 2 2 E 3 5 d e . a tr l n i ge li tb l ya c a ia o e t e b r ep y r t n n nu o i n p e o wa o h
1 P 型 水 性 聚 氨 酯 乳 液 的 制 备 . IDI 2
将液 体放入 蒸馏装 置 中,搅拌 , 升温 到 5,0C 0.  ̄ . 6 时 开始抽 真空( 真空度 为 404 0 13 2 a,蒸出 1, 6x 3. 2P) - 3 丙酮 ,用瓶 子装好。即得乳 白色 的水性 聚氨酯乳 液。

MDI型水性聚氨酯乳液的合成及性能研究

MDI型水性聚氨酯乳液的合成及性能研究

MDI型水性聚氨酯乳液的合成及性能研究

王翠,吴佑实,吴莉莉

(山东大学材料科学与工程学院,济南250061)

摘要:以二苯基甲烷二异氰酸酯、聚酯二醇、二羟甲基丙酸等为原料合成了水性聚氨酯预聚体,用三乙胺中和制备了水性聚氨酯的透明乳液。通过FT-IR、TEM、拉力机等测试手段对所制水性聚氨酯进行了形貌观察、力学及耐水性测试。结果表明,当n(—NCO)∶n(—OH)比值为1.8~1.9,DMPA含量在6.5%~7%,中和度在100%~120%时可制得性能稳定的水性聚氨酯乳液,若在乳化阶段用乙二胺进行扩链,则胶膜的吸水率会进一步降低至4%。

关键词:MDI;水性聚氨酯;吸水率;断裂伸长率

0.引言

水性聚氨酯以水代替有机溶剂作为分散介质,具有明显的环保价值[1]。国内外水性聚氨酯的制备大多采用IPDI、TDI及HMDI等异氰酸酯[2-4],很少使用MDI[5],但脂环族异氰酸酯的价格较高,提高了水性聚氨酯的成本,因此研究利用廉价易得的MDI来制备高性能的水性聚氨酯对降低水性聚氨酯的成本具有重要的意义。现阶段制约水性聚氨酯发展的一个重要因素就是水性聚氨酯胶膜耐水性较差,普通水性聚氨酯胶膜的吸水率约为20%~60% [6],改性后的胶膜吸水率可降低到10%~20%[7],仍然无法与溶剂型聚氨酯相媲美(吸水率为4%~7%[8])。本文讨论了一种利用芳香族异氰酸酯MDI制备新型水性聚氨酯乳液的方法,制得的乳液常温下即可成膜,且克服了内乳化法制得的聚氨酯乳液成膜物吸湿率大这一固有缺陷,胶膜的吸水率降至4%~12%,并对影响胶膜吸水率及力学性能的各种因素进行了研究。

水性聚氨酯耐水性的研究

水性聚氨酯耐水性的研究

⽔性聚氨酯耐⽔性的研究

⽔性聚氨酯耐⽔性的研究

黄⽟科,瞿⾦清,杨卓如 (华南理⼯⼤学化⼯所,⼴州510641)

摘 要:以聚醚多元醇和甲苯⼆异氰酸酯合成了⽔性聚氨酯乳液。研究了⼆羟甲基丙酸亲⽔扩链剂、三羟甲基丙烷交联剂和⼄⼆胺对⽔性聚氨酯涂膜耐⽔性的影响。制备了耐⽔性好的⽔性聚氨酯树脂。

关键词:⽔性聚氨酯;耐⽔性;研究

8~18,从⽽达到最佳的乳化效果。实验结果见表5。

表5 复合乳化剂的类型及乳化效果

序号类别配⽐乳 化 液 性 能

1 OP-10+T ween-80+平平加1∶1∶1乳化困难,易分层

2 OP-15+T ween-80+平平加1∶1∶1乳化困难,易分层

3 OP-21+T ween-80+平平加1∶1∶1乳化稍易,但颗粒较粗

4 OP-21+T ween-80+S pan-801∶1∶1乳化较好,乳液再分散性稍差

5 OP-21+T ween-80+S pan-80+TX-101∶015∶015∶015乳化性好,稳定性好

由表5可见,选定配⽅5,可制成性能良好的乳液。

参考⽂献

[1] 于豪翰,⾐秀⽟.⼄烯⼯业,1993,5(4):23~28.[2] 美国专利5827913.

[3] ⼤森英三.功能性丙烯酸树脂.北京:化学⼯业出版社,1993.

[4] 李春⽣.涂料⼯业,1998,27(8):15~16.

收稿⽇期 2002-05-30

作者地址 陕西省咸阳市陕西科技⼤学化学与化⼯学院

1 前 ⾔

⽔性聚氨酯以⽔为分散介质,具有不燃、⽓味⼩、不污染环境、节能、操作⽅便等优点,⼴泛⽤于涂料、织物、⽪⾰等领域。⽔性聚氨酯主要是由⾃乳化法制备,以含亲⽔性基团的聚氨酯为主要固体组分,因其结构中含有⼤量的亲⽔基团,⼲燥后形成的涂膜遇⽔易溶胀,故涂膜的耐⽔性较差,严重限制了其使⽤范围。近年来,采⽤对⽔性聚氨酯进⾏交联改性来提⾼其综合性能,成为该领域的研究热点[1~3]。本⽂研究了亲⽔扩链剂、交联剂等对⽔性聚氨酯涂膜耐⽔性的影响,制备了耐⽔性较好的⽔性聚氨酯树脂。

水性聚氨酯的交联改性研究进展

水性聚氨酯的交联改性研究进展
结构的水性聚氨酯 乳液 ,并研究 了不 同的内交联 剂的用量 对乳液涂膜的 力学性能 、耐溶剂性能 的影响。结 果表明随
关键 词 :水性 聚 氨酯 ;改性 ;交联
内交联剂 用量 的增 加 ,涂膜对丙酮 的溶胀 率下降、拉伸 断
裂伸长率 下降 ,但耐溶剂性能测试结 果表 明内交联 剂用量
与乳液涂膜的耐溶剂性能呈 二次 曲线 关系 ,并且随着 内交

等利 用功 能性 定支化度和 交联度的水性聚氯 酯产品。韩文松 用酒 在 交联 基团的单组 分水性聚氨酯 。王 爱东! 等
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拂 _ C ans ei otg Rvw i e
单体双丙酮丙烯酰胺与二乙醇胺进行迈克尔加成 ,合成 了
11 二甲基一 一 ,一 3 丁酮 ) 丙酰胺 ,采用这种扩链剂将酮羰
但 交联反 应不 会发 生。在成膜 时, 内交 联是通 过 在聚 氨酯主 链上 或在 乳胶粒 上引 入反 基 团 , 在水分未挥发时 , 应性的官能基团 ,形 成在环境温度下可以 自交联的水性聚 随着涂膜 中水分和 中和 剂的挥发 ,原来潜在 的交联反 应基 氨酯 或是经过 热处 理而达 到进 一步 交联 的水性聚 氯 酯乳 团之间开始发生交联反应 ,形成具 有交联结构 的涂膜 。羰 液。内交联法带 的水性聚氨酯在一般 条件下能长期稳定 基与酰肼基团的反应通 常被认 为是一种水 抑制性交联。在 惟

水性聚氨酯的改性研究进展_颜财彬

水性聚氨酯的改性研究进展_颜财彬

CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS 2011年第30卷第12期·2658·

化工进

水性聚氨酯的改性研究进展

颜财彬,傅和青

(华南理工大学化学与化工学院,广东广州 510640)

摘 要:综述了水性聚氨酯的改性,包括交联改性、丙烯酸酯改性、环氧树脂改性、有机硅改性、有机氟改性、纳米改性、超支化预聚体改性和复合改性。比较了不同改性技术的方法和优势,展望了水性聚氨酯的改性发展趋势。

关键词:水性聚氨酯;交联;丙烯酸酯;环氧树脂;改性

中图分类号:TQ 323.8 文献标志码:A 文章编号:1000–6613(2011)12–2658–07

Research progress of modification technology for waterborne polyurethane

YAN Caibin,FU Heqing

(School of Chemistry and Chemical Engineering,South China University of Technology,

Guangzhou 510640,Guangdong,China)

Abstract:The modification of waterborne polyurethane are summarized,including cross-linking modification,acrylate modification,epoxy resin modification,organic silicon modification,organic fluorine modification,nanomaterials modification,hyperbranched prepolymer modification and multi-modification. The methods and advantages of each modification technology are compared. The modification development of waterborne polyurethane is discussed.

水性聚氨酯的性质、用途及合成工艺

水性聚氨酯的性质、用途及合成工艺

熔融分散法
• 将聚酯或聚醚二醇、叔胺和异氰酸酯在熔 融状态下制备预聚体,用过量尿素终止生 成亲水性的双缩二脲离聚物,在将其在甲 醛水溶液中分散,使发生羟甲基阳离子型 水性聚氨酯发生反应。
外乳化法
• 外乳化法是最早使用的制备水性聚氯酯的方法,它 是1953年美国Du Pont公司的、V Yandott发明。选 取制成适当分子量的聚氨酯预聚体或其溶液,然后 加入乳化剂,在强烈搅拌下强制性地将其分散于水 中,制成聚氨酯乳液或分散体。外乳化法工艺简单, 但存在以下缺点:(1)在分散阶段需要强力搅拌设备, 搅拌工艺对分散液性能影响很大;(2)制得的分散液 粒径较大,一般大于1.0m,粒径分布宽,储存稳 定性差;(3)乳化剂的存在影响成膜后胶膜的耐水性、 强韧性和粘结性等力学性能。
自乳化过程
• 聚氨酯的自乳化过程实际上是一个相反转过程,在乳化过 程中经历了一个从w/o到o/w的转变过程,随着乳化的 进行,聚集念结构也会发生相应变化,并且体现出物化性 质(如粘度和电导率)改变。众所周知,聚氨酯材料内由于 软链段和硬链段各自成相生微相分离,若将离子型水性聚 氨酯中和成盐,那么它就属于离聚体。对离聚体的聚集态 结构,许多人进行了研究,提出了很多模型,包括微离子 点阵模型、各相同性模型、两相结构模型等。通SANS和 SAXS研究发现,离聚体在有机溶剂中含离子链段和反离 子通过库仑力作用会形成一利‘链段微离予点阵聚集区 (seglll(2t]t mi croiOiliC lattiCOS)。可见聚氨酯离聚体的聚 集态结构非常复杂,这就决定了其相转变行为受多方面因 素的影响。具体来说,主要受NCO/OH、羧基含量、中 和度、多元醇的种类以及多元醇的分子量等因素的影响。

水性聚氨酯的制备及影响其性能因素

水性聚氨酯的制备及影响其性能因素
8 ℃, O 反应 1 , 二 丁 胺 滴定 法 判 断 反应 终 点 。达 h用 到 终点后 , 入计算 量 的亲 水性 扩 链 剂 二 羟 甲基 丙 加 酸 ( 少量 N一甲基 一 2 用 一吡 咯烷 酮 溶解 ) 适 量 丁 及
污染 、 节省能源及易贮存等优点 , 使用方便。同时具
有 溶剂 型 聚氨酯 的一些 重要 性能 特征 , 因此备 受注 , 成 为 当今 聚氨 酯领 域 发 展 的重 要 方 向。近 年来 , 水
预聚体 , 经过扩链后 , 用封端剂封端成为阴离子的水 溶性聚氨酯化合物 。后者在加热时发生裂解 , 中 其
的异 氰 酸酯基 ( 一NC 恢 复 活性口 。 o) ] 2 1 水 性聚 氨酯 的制 备方 法 .
2 1 1 基本 方 法论述 ..
3 影 响 性 能 因 素
3 1 低 聚物 多元醇 及异氰 酸酯 品种 . 有关 低 聚物多元 醇及 异氰 酸酯 品种对 水性 聚氨
性 聚 氨酯 的应用 有 了新 的发展 。
酮, 保温反应至一N O摩尔分 数达 到理论值后 , C 降 温至 3  ̄。加入与二羟甲基丙 酸等摩尔量 的三 乙 0 C
胺 作 为成 盐 剂 , 反应 5 n即制 成 了 分 主 链 中含 羧 mi 基 亲水 基 团的聚氨 酯预 聚物 。将制得 的亲水性 聚氨 酯预 聚物在 高速搅 拌 下 分 散 到一 定 量 的蒸馏 水后 , 缓慢 加入计 算量 的 乙二 胺/ 乙烯 三胺 复合扩 链剂 , 二 继续 搅拌 1 , 得到外 观 为乳 白泛 蓝光 状 的水 性 聚 h可 氨 酯乳液 , 固质量 分数 为 3 ~4 [ 。 8 O 3 ]
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内交联型改性水性聚氨酯乳液的制备及性能研究20世纪80年代国内已实现水性聚氨酯的工业化生产,但时隔30年,水性聚氨酯年产量仅占聚氨酯行业的2%。水性聚氨酯虽具有低挥发性有机物的优势,符合当代人们所追求的环保健康理念,但传统型水性聚氨酯存在的耐水性、耐热性差等弊端无法忽视,这些因素也是水性聚氨酯在推广应用中所遇到的主要阻碍。

本文针对水性聚氨酯乳液的这些弊端做了一些改性研究,制备得到一系列内交联型水性聚氨酯乳液,具体工作如下:以聚酯多元醇(PE3020)、六亚甲基二异氰酸酯(HDI)、二羟甲基丙酸(DMPA)为主要原料,以马来酸酐改性蓖麻油合成的含碳碳双键的三羧基蓖麻油(MACO)为交联改性剂,采用预聚体法合成了改性蓖麻油水性聚氨酯乳液(MACO-WPU)。采用FT-IR、TG、SEM、XRD、万能材料试验机及激光粒度分析仪等分析手段对MACO-WPU乳液及胶膜进行表征,考察了R 值、DMPA含量及MACO含量对MACO-WPU乳液稳定性、粒径及胶膜的热稳定性、耐水性、力学性能等影响。

研究表明:MACO用量从0增长到3%时,WPU胶膜拉伸强度由2.43 Mpa提高到13.15 Mpa,增长了4.41倍,断裂伸长率由537%降低到195%,吸水率由15.32%降低至6.77%,热稳定性均有提高,结晶度亦明显下降。所以,当R值=1.2、w(DMPA)=5%、w(MACO)=3%时可获得乳液稳定、胶膜完整且耐水性、力学性能优异的产品。

以聚酯多元醇(PE3020)、六亚甲基二异氰酸酯(HDI)、二羟甲基丙酸(DMPA)为主要原料,以呋喃树脂(HK-6)为交联剂,将呋喃树脂链段引入聚氨酯预聚体中,合成呋喃树脂改性水性聚氨酯乳液,再采用超声法将无机纳米SiO2均匀分散到HK-WPU体系中,合成了SiO2/HK-6 WPU复合乳液。采用

FT-IR、TG、SEM、XRD、万能材料试验机及接触角测试仪等分析手段对

SiO2/HK-6 WPU复合乳液及其胶膜进行表征,考察了HK-6、

SiO2的含量对该复合乳液及胶膜的热稳定性、耐水性、力学性能和乳液粒径等的影响。

结果表明:当HK-6、纳米SiO2含量分别为6%、1.5%

时,SiO2/HK-6 WPU胶膜比未改性WPU的水接触角增大了45%,比HK-6改性WPU胶膜的水接触角增大了45%,表明呋喃环间的交联提高了聚氨酯链段间

的交联密度,使改性后胶膜的耐水性明显增强,且使胶膜的力学性能和热稳定性

有所增强。以聚酯多元醇(PE3020),六亚甲基二异氰酸酯(HDI),二羟甲基丙酸(DMPA)为原料,环氧树脂(E51)、氨基硅烷偶联剂(KH550)为改性剂,采用预聚体法合成了KH550/E51-WPU;然后以三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯(TMPTMA)、丙烯酸六氟丁酯(HFA)、甲基丙烯酸甲酯(MMA)为单体,加入上述合成的改性水性聚氨酯复合乳液中,以偶氮二异丁氰(AIBN)为引发剂,采用自由基溶液聚合和半连续滴加的方式制得含氟丙烯酸酯改性水性聚氨酯乳液。

采用FT-IR、TG、SEM、XRD、万能材料试验等对合成乳液及胶膜进行了表征分析。考察了E51含量、KH550含量对改性水性聚氨酯乳液及其胶膜性能的影响,TMPTMA/HFA/MMA三种单体配比对含氟丙烯酸酯改性水性聚氨酯乳液及其胶

膜性能的影响。

研究结果表明:最佳配比时E-51和KH550的接枝使WPU胶膜的拉伸强度较未改性WPU增长了2倍多,TG、XRD的测试表明KH550/E51-WPU、WPUA的热稳定性

提高、结晶性能降低。WPUA中因交联密度增大比未改性WPU的拉伸强度增强了5倍多,且有含氟支链分散在聚合物表面使WPUA胶膜的表面能增强,水接触角达到

99.5°,疏水性明显提高。

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