水性聚氨酯的合成与改性_闫福安
《水性聚氨酯防护型涂层的合成及改性研究》范文
《水性聚氨酯防护型涂层的合成及改性研究》篇一一、引言随着现代工业的快速发展，对材料表面的防护性能要求越来越高。
水性聚氨酯防护型涂层以其优异的物理性能、化学性能和环保性能，被广泛应用于各个领域。
本文旨在研究水性聚氨酯防护型涂层的合成及改性，以提高其性能，满足不同领域的应用需求。
二、水性聚氨酯防护型涂层的合成1. 原料选择水性聚氨酯防护型涂层的合成主要原料包括多元醇、异氰酸酯、催化剂、溶剂等。
其中，多元醇和异氰酸酯的种类和比例对涂层的性能有着重要影响。
2. 合成过程水性聚氨酯的合成主要分为两个步骤：一是预聚物的制备，二是与水或含水基团的其他化合物进行反应。
在预聚物制备过程中，多元醇与过量的异氰酸酯反应生成预聚物。
随后，将预聚物与水或含水基团的其他化合物进行反应，形成线性聚合物，再经过一定的加工处理后得到涂层。
3. 涂层性能分析通过红外光谱、热重分析等手段对合成的涂层进行性能分析。
结果表明，合成的涂层具有良好的附着性、柔韧性、耐磨性等性能。
三、水性聚氨酯防护型涂层的改性研究1. 改性方法为了提高水性聚氨酯防护型涂层的性能，本文采用纳米材料改性、有机硅改性等方法。
纳米材料改性可以改善涂层的硬度、耐磨性等；有机硅改性可以提高涂层的耐候性、耐腐蚀性等。
2. 改性效果分析通过实验对比分析，改性后的水性聚氨酯防护型涂层在硬度、耐磨性、耐候性、耐腐蚀性等方面均有所提高。
其中，纳米材料改性的涂层在硬度、耐磨性方面表现尤为突出；有机硅改性的涂层在耐候性、耐腐蚀性方面表现优异。
四、结论本文研究了水性聚氨酯防护型涂层的合成及改性，通过实验分析得出以下结论：1. 水性聚氨酯防护型涂层具有良好的附着性、柔韧性、耐磨性等性能，在各个领域具有广泛的应用前景。
2. 通过纳米材料改性和有机硅改性等方法，可以进一步提高水性聚氨酯防护型涂层的性能，满足不同领域的应用需求。
3. 改性后的水性聚氨酯防护型涂层在硬度、耐磨性、耐候性、耐腐蚀性等方面均有所提高，具有更高的实用价值。
水性聚氨酯的合成及改性研究
水性聚氨酯的合成及改性研究一、水性聚氨酯的合成1.单组分法单组分法是指将所有原料一起混合反应，形成水性聚氨酯。
通常，该方法采用预聚氨酯作为单组分，并经过链延长反应形成最终的聚合物。
预聚氨酯的合成通常采用聚醚或聚酯二元醇与异氰酸酯反应得到，其中加入一定量的带有亲水基团的链延长剂，如双异氰酸酯、聚醚二醇乙二醇醚等，以增加水分散能力。
2.双组分法双组分法是指将异氰酸酯等预聚物和含有亲水基团的聚合物分散在水中形成乳液，再通过链延长反应形成水性聚氨酯。
该方法的优点是合成过程简单，适用于大规模生产。
然而，由于异氰酸酯对湿气敏感，合成过程需要在惰性气氛下进行。
二、水性聚氨酯的改性研究为了提高水性聚氨酯的性能以满足不同的应用需求，需要进行各种改性研究。
以下是近年来的一些研究进展：1.共聚改性共聚改性是指将其他合适的高分子材料引入水性聚氨酯以改变其性能。
例如，通过与聚醚二醇共聚合，可以增加水性聚氨酯的柔韧性和弹性。
此外，与丙烯酸树脂、聚合物胶乳等共聚合也可以改变聚氨酯的性能。
2.添加剂改性添加剂改性是指在水性聚氨酯中添加一定量的功能性添加剂，以改善其性能。
例如，加入填料可以增加聚氨酯的强度和硬度；加入交联剂可以提高聚氨酯的耐热性和耐化学品性能。
3.表面改性表面改性是指在水性聚氨酯的颗粒表面涂覆一层功能性物质，以改变其表面特性。
例如，通过在颗粒表面引入疏水基团，可以提高水性聚氨酯的耐水性和耐候性。
4.环境友好改性近年来，环境友好改性成为研究的热点。
例如，采用水性异氰酸酯、可生物降解聚合物作为原料，以降低对环境的污染。
此外，采用可再生资源合成水性聚氨酯也是一种重要的发展方向。
总之，水性聚氨酯的合成方法多样，可以通过单组分法或双组分法合成。
为了满足不同的应用需求，需要对水性聚氨酯进行各种改性研究。
共聚改性、添加剂改性、表面改性和环境友好改性都是重要的改性方向。
展望未来，水性聚氨酯的改性研究将更加注重环境友好性，以及与其他功能材料的复合应用。
水性聚氨酯的合成与改性
中 国胶 粘 剂
～
２０ ０７年 １ 第 １ ０月 ６卷第 １ ０期
Ｖ０．６ Ｎ ．０． ｃ ． ０ ７ １ ｏ１ Ｏ ｔ２ ０ １
６ 一
Ｃ ＮＡ ＨＩ ＡＤＨＥ Ｉ Ｓ ＶＥＳ
水 性 聚 氨 酯 的 合 成 与 改 性
司小燕 ， 郑水 蓉 ， 刘 喜宗 ， 陈欢庆
水 性 聚 氨 酯 （ Ｕ） 以聚 氨 酯 （ Ｕ） 脂 为基 ＷＰ 是 Ｐ 树
去 离子水 ， 验室 自制 。 实
１２ 合成 反应 －
１２ １ ＷＰ 分 散 体 的 合 成 ．． Ｕ
料、 以水代替有 机溶剂作为 分散介质 的 ， 因具 有无 毒 、
不燃 、 不污 染环境 及节 约能 源等 优点 ， 而受 到人 们 的 重视 ， 被称 为绿色 环保 材料 ， 已广 泛用 于轻 纺 、 印染 、
（ 北 工 业 大 学 理 学 院 应用 化 学 系 ， 西 西 安 西 陕 ７０７ ） １ｏ ２
摘要 ： 以甲苯二异氰酸酯（Ｄ）聚 醚二 元醇（ ２ ０ 和二羟甲基丙酸（ ＭＰ 为主要原料 ， Ｔ Ｉ、 Ｎ ２） Ｄ Ａ） 采用三羟 甲基
丙 烷 （ＭＰ 进 行 交 联 改 性 合 成 了 水 性 聚 氨 酯 （ Ｕ ， 究 了 ｎ － Ｃ ／ （ ＯＨ 、 ＭＰ 及 Ｔ Ｔ ） ＷＰ ） 研 （ Ｎ Ｏ）ｎ － ）Ｄ Ａ ＭＰ对 ＷＰ 的 耐 Ｕ 水 性 、 定 性和 力 学 性 能 的 影 响 。 究 发 现 ， 性 后 的 乳 液 常 温 贮 存 稳 定性 好 ， 度 交 联可 提 高 胶 膜 的 拉伸 强 稳 研 改 适
量较低 ， 因此胶膜 的一些性 能 ， 如耐水 性 、 耐溶 剂性 和
７ ～ Ｏｏ 反应 ３ｈ左右 ， Ｏ ８ ＝ 【 检测 体 系 的一 Ｃ Ｎ Ｏ含量 。在 加入 适量 丙 酮溶解 预 聚体后 ， 加入 亲水 扩链 剂 ， 继 再
水性聚氨酯的合成及改性
摘 要 ： 绍了水性聚 氯酯的各种 合成方式 ， 介 分析 了其各种合 成方式的优缺 点 ， 介绍 了改性 水性聚 氯酯的几种 最常用的改性 方法 ， 介绍 了 环氧树 脂改性 、有机硅 改性 、丙烯酸 酯改 性 、纳 米材料 改性等 不同改性技 术的特 点和制备 方法并对 改性技术 的进一步 发展作 了展望 。 关键词 ： 水性聚氯酯 合成 改性 中图分类号 ： Ｑ３ ５ Ｔ ２ 文献标 识码 ： Ａ 文章编号 ： ６ ３ ０ ３ （ ０ ７ ０ （ ） ０ １ － ２ １ ７ — ５ ４２ ０ ）８ａ 一 ０ ３ ０ 水性 聚氯（ ｕ） 指聚 氯酯树 脂溶解或 分 Ｐ 是 散于水 中而 形成的 一种二元 胶状聚 氯酯树脂 ， 具 有 毒性 小 、 不 易 燃 烧 、 不 污 染 环 境 等 优 点 ，加 之 Ｉ前 有机溶剂 的价 格越 来越高 ， ｌ ｆ 使得 水性 聚 氯酯 被越 来 越 广泛 地 用于 涂料 ， 胶粘 剂， 织物 整理剂 等方面 。因此水性 聚氯 酯成为 发展最快 的树 脂品种之 一 。 方 法之一 ， 但该方 法要耗 费大量 的有机溶 剂且 难 以 回收 ， 工艺复杂 、成 本高 。 １ ２． 预聚物 混和法 ． ２ 该方法是 先制备带 亲水 基团并含 ＮＣ 端 Ｏ 基 的预 聚 物 ， 后分 散 在 水 中 ， 成 水分 散 然 制 体 。德 国 Ｂａ ｅ 公 司的 一项专利Ｉ 报 道 ， ｙｒ ２ 将 丙氧基化 ２ 一烯 １ ４ 丁二醇 与亚硫酸 氢钠 ， 的加成物 （ Ｍｗ３ １１ １ ｇ于 ８ ℃加 入 到聚乙 ０ ）５ ２ ０ 二醇酯 二醇（ Ｍｗ２ ３４ ９ １ ） ２ ｇ中 ， ４ 混和物 均匀 加 入 ８ ｇＭＤＩ ８ ７１ ５ ， ０℃反应至 ＮＣＯ含 量为 １ ％得 到含磺 酸钠 基团的 聚氯 酯预聚体 ， ６ １ 将 该预聚体 在浓度为 ２ ３ 的乙二胺基异磺 酸钠 １％ 水溶液 ８ ２ ４ ｇ中乳化得 到 固含量 为 ３ ％粘度为 ８ ８ Ｐａ ・ ｓ的 聚氯 酯乳 液 。 陕 西科技大学 卿宁 ｉ 聚酯二醇或 四氢 等将 呋喃 、Ｉ ＰＤＩ 、ＤＭＰ Ａ加 入反应 器 Ａ混 和于一 定温 度下 反应至 ＮＣ０ 含量 达理论 值 ； 反应 在 器 Ｂ 中加 入 聚酯二 醇或 聚四 氢呋 喃 、Ｉ ＤＩ Ｐ 、 ＤＭＰ 于一定温 度反 应至 ＮＣ０含 量达理论 Ａ， 值； 向两种预 聚体 分别 同时加 入 ＴＥ 中和成 Ａ 盐 。充分 中和 后 同时倒 入去 离子 水 的罐 中高 速剪切 分散 ， 然后迅速加 入扩链 剂乙二胺 的水 溶液 ， 形成 了核一 壳结 构的预 聚体 ， 同步 的在 水 中扩 链使相对 分子 质量 进一步提 高 ， 使核和 壳两 组分 之 间的物 理缠 绕 得到加 强 并最终 形 成 水性核 一 壳交联 型 聚氯 酯 。该方 法形 成 的 水性 Ｐ 具有较 高强度的耐 磨 、耐水 、耐热 、 Ｕ 抗老化 性能 ， 而且施 工安全方便 。综 上所述采 用 预聚物 混和 法制 备 的水性 聚 氯酯 其工 艺相 比丙 酮法 简单 ， 无须 使用 有机溶 剂 ， 是 使成 本 降 低 ， 产 品质 量不 如丙 酮法 。 但
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1.原料准备：制备水性聚氨酯的主要原料包括聚醚、聚酯、异氰酸酯、链延长剂、分散剂和稳定剂等。
聚醚和聚酯可以通过聚合反应得到，异氰酸酯则可以通过对二异氰酸酯与胺类化合物的反应制备得到。
2.排列反应：将原料按照一定的配方比例加入反应釜中，首先进行排列反应。
排列反应是将异氰酸酯与聚醚或聚酯进行反应，生成预聚体。
在反应过程中，需要添加催化剂来促进反应的进行。
3.中和反应：排列反应后，需要进行中和反应。
在中和反应中，将异氰酸酯和胺类化合物进行反应，生成水性聚氨酯。
中和反应是将异氰酸酯中的异氰基与胺类化合物中的氨基进行化学反应，生成封链所需的尿素键。
中和反应需要在适当的温度下进行，并添加催化剂来加速反应的进行。
4.分散：在中和反应完成后，需要将生成的聚氨酯溶液分散到水中。
可以通过机械剪切、超声波分散等方法将聚氨酯溶液细分散于水中，形成稳定的水性聚氨酯分散体系。
在分散过程中，可以添加适量的分散剂和稳定剂，以提高分散体系的稳定性。
5.改性：(1)添加改性剂：可以向水性聚氨酯中添加改性剂，如增塑剂、助剂等，以调节聚合物的性能。
(2)添加交联剂：可以向水性聚氨酯中添加交联剂，如异氰酸酯交联剂、聚醚二异氰酸酯交联剂等，以提高聚合物的耐磨性和耐化学性。
(3)添加填充剂：可以向水性聚氨酯中添加填充剂，如无机填料、有机填料等，以改善聚合物的机械性能和耐热性能。
(4)进行交联反应：可以通过热固化或紫外固化等方法对水性聚氨酯进行交联反应，以提高聚合物的耐磨性和耐化学性。
6.应用：改性后的水性聚氨酯可用于涂料、胶黏剂、纺织品、皮革等领域。
在涂料领域，水性聚氨酯因其环保性能和优良的耐化学性能，逐渐取代传统的有机溶剂型聚氨酯涂料。
在胶黏剂领域，水性聚氨酯因其良好的粘接性能和耐候性，被广泛应用于胶水、胶带等产品中。
总之，水性聚氨酯的制备和改性方法主要包括原料准备、排列反应、中和反应、分散和改性等步骤。
通过选择合适的原料和改性方法，可以获得具有良好性能的水性聚氨酯产品，满足不同领域的应用需求。
水性聚氨酯及其改性方法
随着各国环保法规的确立和环保意识的增强，传统的溶剂型涂料中的挥发性有机化合物（VOC)的排放越来越受到限制。
因此，开发低污染环保型的水性涂料、粉末涂料、高固含量涂料和光固化涂料已成为开发的主要方向。
水性聚氨酯(PU）涂料具有良好的物理机械性能和优良的耐寒性.但是,由于单一PU乳液存在自增稠性差，固含量低，乳胶膜的耐水性差，光泽性较差，机械强度不及丙烯酸树脂，且成本较高等缺陷,其应用受到一定的限制。
而聚丙烯酸酯（PA）乳液具有较好的耐水性、物理机械性能和耐候性能，故PU和PA在性能上具有互补性.所以将聚氨酯乳液与聚丙烯酸酯乳液复合制备水性聚氨酯一聚丙烯酸酯(PUA)复合乳液,兼有聚氨酯乳液和聚丙烯酸酯乳液的优良特性，成本较低，具有较好的应用前景.利用有机硅和有机氟对水性聚氨酯进行改性，将各自优点融合起来，突出了环保和高效的特点，获得了更优的特性，因而得到人们的广泛关注与快速发展。
有机硅材料具有耐高低温、耐老化、耐臭氧、电绝缘耐燃、无毒、无腐蚀和生理惰性等优异性能,因而是聚氨酯改性产品的理想材料。
另外，由于氟原子半径小，电负性强、碳氟键键能高,因此赋予了氟涂料极好的利紫外线和核辐射性、柔韧性，优良耐磨性，低表面能，高抗张强度，高电阻率和高耐候性，含氟的聚氨酯树脂涂料就是一种可常温固化的具优异性能的涂料品种。
1.2 水性聚氨酯概述聚氨酯是聚氨基甲酸酯的简称。
凡是在高分子主链上含有许多重复的—NHCOO—基团的高分子化合物通称为聚氨基甲酸酯（Ployurethnae，简称PU）。
通常所说的聚氨酯系由二元或多元有机异氰酸酯与二元或多元醇化合物（聚醚多元醇或聚酯多元醇）相互反应而得的，其大分子主链是由玻璃化温度低于室温的柔性链段和玻璃化温度高于室温的刚性链段嵌段而成的依据聚氨酯材料的本身结构，可以分为体形与线形,一般由于所用原料官能团数目的不同，可以合成体形或线形结构的高分子，如当有机异氰酸酯和多元醇化合物均为二官能团时,即可得到线形结构得高聚物，若其中之一种或两种,部分或全部具有三个及三个以上官能团时则得到体形结构的聚合物，由于聚合物的结构不同，性能也不一样,利用这些性质,聚氨酯类聚合物可以用在橡胶、塑料、纤维、涂料、猫合剂、皮革、染整纺织等方面[1]。
水性聚氨酯的合成与改性研究
水性聚氨酯的合成与改性研究1. 本文概述本文聚焦于水性聚氨酯（Waterborne Polyurethane, WPU）这一极具潜力的环保型高分子材料，对其合成方法与改性技术进行系统梳理与深入探讨。
水性聚氨酯以其优异的综合性能、良好的生物降解性和显著的环境友好性，在涂料、胶黏剂、纺织品整理、皮革涂饰、包装材料等诸多领域展现出广泛的应用前景。
随着社会对可持续发展要求的不断提升，以及相关法规对有害溶剂排放限制的日趋严格，水性聚氨酯的研究与开发已经成为高分子科学与工业界的重要课题。
本研究首先回顾了水性聚氨酯的合成原理，详述了其通过多元醇、异氰酸酯、扩链剂等基本原料的选择与配比，以及采用乳化、微乳液聚合、自乳化等不同途径制备水分散体的过程。
特别关注了预聚反应条件、亲水基团引入策略、乳化剂选择等因素对水性聚氨酯粒径分布、稳定性及最终性能的影响。
同时，针对不同的应用场景需求，探讨了不同类型水性聚氨酯（如阴离子型、阳离子型、非离子型等）的设计原则与合成特点。
在改性研究部分，本文归纳了近年来水性聚氨酯改性技术的最新进展，包括通过分子结构设计、功能单体共聚、纳米填料复合、表面接枝、交联反应等多种手段，以提升水性聚氨酯的力学性能、耐化学品性、热稳定性、生物相容性及功能性等。
特别强调了改性技术对于拓宽水性聚氨酯应用范围、满足特定行业标准、以及应对复杂服役环境挑战的重要性。
文中还对水性聚氨酯在各应用领域的实际案例进行了剖析，展示了其在提高产品性能、降低环境污染、推动绿色制造等方面的显著成效。
通过对现有文献的批判性评估与对比分析，揭示了水性聚氨酯合成与改性研究中的关键科学问题与技术瓶颈，并对未来可能的研究方向与创新点进行了展望。
总体而言，本文旨在为科研工作者、工程师以及相关产业界人士提供一份全面且前沿的水性聚氨酯合成与改性技术概览2. 水性聚氨酯的基本原理水性聚氨酯（Waterborne Polyurethanes，简称WPU）是一种以水为分散介质的聚氨酯分散体系。
水性丙烯酸树脂的合成及其氨基烘漆研制_闫福安
文章编号:10044736(2003)02000603水性丙烯酸树脂的合成及其氨基烘漆研制闫福安1,2,官文超1(1.华中科技大学化学系,湖北武汉430074;2.武汉化工学院化工与制药学院,湖北武汉430073)摘 要:由甲基丙烯酸甲酯(M M A)、丙烯酸丁酯(BA)、丙烯酸β羟乙酯(HEA)和甲基丙烯酸(M A A)为单体,通过自由基溶液共聚合合成了丙烯酸酯四元共聚物,以二甲基乙醇胺(DM A E)中和制得了丙烯酸酯共聚物水溶液.该树脂同六甲醇醚化三聚氰胺甲醛树脂(HM M M )复配成的烘漆具有优秀性能.讨论了工艺条件对水溶胶性质及涂膜性能的影响.关键词:水性丙烯酸树脂;合成;六甲醇醚化三聚氰胺甲醛树脂;烘漆中图分类号:T Q 433.4+32 文献标识码:A收稿日期:20030312基金项目:国家自然科学基金资助项目(20074012)作者简介:闫福安(1964),男,河南人,博士生,副教授,主要从事水性功能高分子的研究与开发.0 引 言丙烯酸树脂是一种优秀的涂料树脂,由其配制的塑料漆、聚氨酯漆、氨基烘漆近年来发展很快[1].但常规的丙烯酸树脂是溶剂型的,随着其施工、应用,有大量的芳烃、酯或酮类溶剂进入大气,造成严重的环境污染.现在,世界各国的环保法规日益严格,人们的环保意识也日益加强,因此,涂料的“高固体化、粉末化、辐射可固化及水性化”趋势愈来愈明朗,该“四化”标志着涂料的发展方向.由于粉末涂料、辐射可固化涂料因施工工艺特殊,其应用受到一定条件的限制;高固体份涂料由于理论、技术水平的制约,其发展也比较缓慢.近年来,水性涂料树脂合成用功能单体发展很快,已有大量的水性单体投放市场,因此水性涂料成为涂料工业中发展最快的环保产品,在美、欧发达国家水性漆已经占到涂料产量的一半左右,而且发展势头迅猛.近年来,我们对水性醇酸[2]、水性聚酯[3]及水性聚氨酯树脂[4]的合成进行了一些研究工作,本文主要介绍水性丙烯酸树脂的合成及其氨基烘漆的研制,由其在工业涂料方面取代溶剂型相关产品,具有重要意义.1 实验部分1.1 实验原料及处理甲基丙烯酸甲酯(M M A)、丙烯酸丁酯(BA)、丙烯酸β羟乙酯(HEA)和甲基丙烯酸(M AA)均为化学纯,N 2气氛下,在对苯二酚(M AA 用CuCl)存在下减压蒸馏后使用;过氧化苯甲酰(BPO)为分析纯,经重结晶后使用;巯基乙醇(链转移剂)、丙二醇丁醚、二甲基乙醇胺(DM AE )均为化学纯,直接使用;六甲醇醚化三聚氰胺甲醛树脂(HMM M;固含量≥97%,mass ratio),工业品(美国,氰特工业公司),直接使用.1.2 丙烯酸酯共聚物的合成原理丙烯酸酯共聚物的合成原理[5]可用图1所示的聚合反应方程式表示.1.3 丙烯酸酯共聚物的合成工艺在装有搅拌装置、冷凝器、温度计和恒压滴液漏斗的四口反应瓶中,加入一定量的溶剂;将单体(单体以80%固含量计,mass ratio )、引发剂、链转移剂配成混合溶液,取1/3加入四口瓶;N 2保护下,在80℃下进行溶液共聚合;另外2/3单体溶液加入恒压滴液漏斗,同时滴加,约2h 滴完,继续反应2h,得到淡黄色透明丙烯酸酯共聚物粘稠溶液.降温至60℃,强烈搅拌下,按一定中和度滴加二甲基乙醇胺中和,然后滴加蒸馏水,调节固含量为40%,即得到淡黄色透明丙烯酸酯共聚物水溶液.1.4 产品技术指标外观 淡黄色半透明水溶液固体含量/% 40pH 值 7.0～7.5粘度(涂4杯)/s 70～100羟值(每克固体树脂中KOH 毫克数) 1001.5 水性丙烯酸氨基烘漆的配制1.5.1 实验配方 以水性丙烯酸树脂和HMM M第25卷第2期 武 汉 化 工 学 院 学 报 V o l.25 N o.2 2003年6月 J . W uhan Inst. Chem. Tech. Jun. 2003图1 水性丙烯酸树脂合成反应式Fig.1 Sy nthetic r eactio n route o f a queo us acr ylic r esin树脂配制水溶性氨基烘漆,其配方见表1.表1 水溶性丙烯酸氨基烘漆配方(白色漆) Table1 For mula tion o f aqueous ac rylic resin melamine fo rmaldehyde resin ba king paint名称规格用量/g 水溶性丙烯酸树脂见 1.4产品技术指标50HM M M8钛白粉金红石型,澳洲82822蒸馏水20流平剂BYK390适量消泡剂BYK037适量分散剂Henkel5040适量1.5.2 配制工艺 在烧杯中,按表1加入水,搅拌下加入分散剂、颜料及水性树脂基料;搅拌均匀,用锥型磨磨至细度<20μm,加入其余助剂调匀,100目筛网过滤,得水性丙烯酸氨基烘漆. 1.5.3 烘烤条件 140℃,烘30min;涂板性能用相关国家标准方法测试.2 结果与讨论2.1 丙烯酸用量对乳液性能的影响M AA含量是决定羟基丙烯酸树脂水溶性、粘度、水稀释时是否出现粘度峰值现象的关键因素.M AA含量低于7%(mass ratio),树脂的水溶性、贮存稳定性差;若含量过高,则水分散体粘度大,且涂膜耐水性差.另外,在配漆中发现,M AA 适当的含量,由于大分子上羧基的锚固作用有利于颜料的分散和稳定.综合考虑以上因素,树脂中的M AA含量以8%较好.2.2 中和剂及其用量对水溶胶性能的影响N H3·H2O、N Et3、(CH3)2NC2H5O H是常用的中和剂.我们选用二甲基乙醇胺,它含有的羟基可增加水溶性,降低M AA单体用量.实验发现: DM AE的用量控制在M AA90%(mass ratio)的中和率为好.过低时水溶性、稳定性差;过高时则粘度大,低温贮存易形成冻胶,冻融稳定性差. 2.3 羟基丙烯酸树脂羟值的影响羟基丙烯酸树脂的羟值主要由HEA的用量决定.实验发现将羟值控制在每克树脂100 m g KOH,漆膜综合性能优良,此时HEA用量约占单体总量的10%(mass ratio).另外,HEA可以降低M AA的用量,提高耐水性.同M AA的影响类似,若含量过高,则水分散体粘度大,且涂膜交联密度过大、抗冲击强度变差.2.4 树脂相对分子质量设计对性能的影响缩聚反应相对分子质量(或聚合度)的控制,笔者在文献[6]作了比较详细的讨论.对自由基共聚合反应,由于相关反应参数不易得到,平均聚合度方程[7]不易使用.通常可以通过提高引发剂用量以降低相对分子质量.一般反应型涂料用丙烯酸树脂为了提高固含量及较高的交联密度,其相对分子质量约103,相应聚合度约10,不能过大,但是应确保每条大分子链至少含两个HEA单元.为了使反应平稳进行,可复合使用链转移剂,其中巯基乙醇是很好的选择,因为其转移不仅可以控制相对分子质量,而且其转移后的再引发可以在大分子链端引入羟基,降低HEA单体用量.经过单因素实验发现BPO、巯基乙醇的用量分别为单体量的 2.4%、1.6%(mass ratio)较好.2.5 软、硬单体配比对性能的影响当HEA、M AA用量及相对分子质量确定后,软、硬单体配比对性能有重要的影响.MM A7第2期闫福安等:水性丙烯酸树脂的合成及其氨基烘漆研制用量大,则玻璃化温度高,烘漆漆膜硬而脆,抗冲击性差;其与BA 的配比控制在1/1(mass ratio )较好,此时其理论玻璃化温度(T g )约为5℃.2.6 助剂的选择水性涂料表面张力通常比溶剂型涂料大,容易产生回缩、缩孔、针孔和气泡,为了获得高装饰性的涂膜,助剂的选择非常重要.国际上重要的涂料助剂制造商为BYK (毕克)和Henkel (汉高)公司,经过在两家助剂系统中实验优选确定:流平剂用BYK390,消泡剂用BYK037,分散剂用Henkel5040.2.7 氨基树脂用量对涂膜性能的影响氨基树脂(M F)选用六甲醇醚化三聚氰胺甲醛树脂(HM MM ).HM MM 与羟基丙烯酸树脂在高温下,经过醚交换反应实现交联固化. 另外,HM MM 自身还会发生自缩聚反应.若自缩聚反应多,则生成许多二聚体、三聚体以及其他多聚体,形成的漆膜耐久性差、硬而脆、耐冲击性差.故配漆时在满足氨基树脂与丙烯酸树脂充分反应的条件下尽可能降低氨基树脂用量,以阻止自缩聚反应,形成所希望的立体交联结构.氨基树脂与本树脂的配比(以固体份计)为:氨基树脂∶水性丙烯酸树脂=1∶2.5(mass ratio )为好.经检测烘漆性能为附着力:1级;柔软性:1mm;硬度:0.70;抗冲击性:50kg ·cm;光泽度:90(600);耐水性、耐油性:48h 无变化.3 结 语a 以M M A 、BA 、HEA 、M AA 为单体通过溶液共聚合合成了丙烯酸酯四元共聚物,以二甲基乙醇胺中和制得了丙烯酸酯共聚物水溶液.讨论了工艺条件对水溶液性质及涂膜性能的影响.b 选择六甲醇醚化三聚氰胺甲醛树脂作交联剂,与上述水性树脂、颜料、助剂等复配,制成了水溶性氨基烘漆.该产品可取代同类溶剂型产品,具有很好的经济效益和社会效益.参考文献:[1] Zeno W 威克斯,Frank N 琼斯,S Peter 柏巴斯.有机涂料科学与技术[M ].北京:化学工业出版社,2002.[2] 闫福安,官文超.短油度水溶性醇酸树脂的合成研究[J].中国涂料,2003,18(1):2628.[3] 闫福安.水性聚酯的合成研究[J ].涂料工业,2003,33(3):911.[4] 闫福安.内交联型水性聚氨酯皮革光亮剂的合成研究[J].武汉化工学院学报,2003,25(1):2527.[5] 虞兆年.涂料工艺(第二分册,第二版)[M ].北京:化学工业出版社,1997.[6] 闫福安.平均官能度与聚合度的关系及其在高分子设计中的应用[J].中国涂料,2002,17(3):2526.[7] 潘祖仁.高分子化学[M ].北京:化学工业出版社,1997.The synthesis of aqueous acrylic resin and the development ofits melamine formaldehyde resin baking paintsYAN Fu an 1,2,GUAN Wen chao1(1.Department of Chemist ry,H uazho ng U niv ersity of Science a nd Tech nology ,W uhan 430074,China;2.Schoo l of Chemica l Engineering and Pharmacy ,W uhan Institute of Chemical Tech nology ,W uhan 430073,China )Abstract :With m ethylmethacrylate (M M A),butylacrylate (BA),βhydrox yethylacry late (HEA)and m ethy lacrylic acid (M AA ),the aqueous acrylic resin was sy nthesized by radical solution copolymerization .Then the aqueous acrylic resin melamine fo rmaldehyde resin baking paints w ere produced ,the paints hav e good properties,they could substitute the solv entborne ones.The effects of the process conditions on the properties of aqueous acrylic resin and its baking paints w ere discussed.Key words:aqueous acry lic resin ;synthesis ;melamine formaldehyde resin ;baking paint 本文编辑:付中林8武汉化工学院学报第25卷。
短油度水性醇酸树脂的合成研究_闫福安
28 #中 国 涂 料# #2003 年第 1 期#
The synthesis of water_soluble short_oil alkyd resin
Yan Fu_an ( 26) T he const ituent of t his resin is int roduced. Baking enamel made w it h this resin and HMM M has excellent performance. Fact ors w hich m ay inf luence t he performance of t he resin are discussed.
[ 2] USP 4081411 ( 1978) [ 3] T1 N abuurs, R1 A1 Baijards, A1L1 G ermna1 Progress in O rgan-
ic Coat ing, 1996, 27: 163 [ 4] 闫福安. 5中国涂料6 , 2002, ( 2) : 25
作者简历 闫福安, 男, 1964 年 生。现在主 要从事 水性功 能高分子的研究工作, 华中科技大学博士研究生, 副 教授, 主持、参与多项纵、横向课题, 发表论文二十余篇。 收稿日期 2002- 09- 08
招 聘启 事
为适应期刊发展需要, 5中国涂料6 编 辑部招聘责任编辑两名。
1 、要求 : a 大专 ( 化工 专业) 以上学历, 25 岁 左右, 性格开朗, 有敬业精神; b 有一定文字功底, 能胜任编辑工作。 2 、方法 : a 将本人简历、学历证书、身份证复印 件发送编辑部; b 面试与笔试合格后通知本人。
数均分子量) 以及 IPA、PA 的物质量的比, 即可 以得到一个基本配方, 依此优化, 就可以合成出结 构、性能满足要求的树脂。IPA 的引入主要是提高 树脂的耐水 解性和耐 化学品性, 最好 控制在 1/ 3 ( IPA/ PA molar ratio) 较好。 312 多元醇的选择
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水性聚氨酯作为一种新型环保高分子材料，具有优异的性能，在各个领域得到了广泛的应用。
本文将重点介绍水性聚氨酯的合成方法、材料性能以及应用前景。
一、水性聚氨酯的合成方法水性聚氨酯的合成可分为两步，首先是聚合物的合成，然后是聚合物与水的乳化。
在聚合物的合成中，可以采用预聚法和原位合成法。
预聚法是指将聚氨酯前驱体（异氰酸酯和聚醚多元醇）与少量的交联剂在有机溶剂中反应，形成预聚物。
然后，将预聚物与水进行乳化，形成水性聚氨酯。
原位合成法是指将异氰酸酯、聚醚多元醇和水在一个反应体系中同时加入，通过一步反应合成水性聚氨酯。
二、水性聚氨酯的性能研究1. 力学性能水性聚氨酯具有较好的弹性模量和抗拉强度，可以根据不同应用需求进行调整。
与传统有机溶剂型聚氨酯相比，水性聚氨酯具有更低的挥发性，降低了对环境的污染。
2. 热稳定性水性聚氨酯具有优异的热稳定性，能够在高温环境下保持其性能不变。
这使得水性聚氨酯在汽车涂料、建筑涂料等领域具有广阔的应用前景。
3. 耐候性水性聚氨酯具有良好的耐候性，能够抵抗紫外线辐射和氧化物侵蚀，长时间保持其色彩和光泽。
4. 粘附性能水性聚氨酯能够与多种基材良好地粘结，具有优异的粘附性能。
这使得水性聚氨酯在涂料、粘合剂等领域得到了广泛的应用。
三、水性聚氨酯的应用前景1. 汽车涂料领域水性聚氨酯涂料具有低挥发性、高光泽度和优异的耐候性，被广泛应用于汽车涂装领域。
随着环保意识的增强和法规的要求，水性聚氨酯涂料将逐渐替代有机溶剂型涂料成为主流。
2. 建筑涂料领域水性聚氨酯涂料具有优异的耐候性和热稳定性，能够适应建筑物长期的使用环境。
而且，水性聚氨酯涂料还能够减少有害气体的释放，提高室内环境的质量。
3. 纺织品领域水性聚氨酯具有优异的柔软性和弹性，被广泛应用于纺织品的涂层加工。
与传统有机溶剂型聚氨酯相比，水性聚氨酯能够降低对环境的污染，符合绿色生产的要求。
综上所述，水性聚氨酯作为一种新型环保高分子材料，在各个领域都具有广泛的应用前景。
水性聚氨酯的合成及改性研究解读
水性聚氨酯的分类
(3)以合成用单体分类 (a)聚醚型、聚酯型、聚碳酸酯型和聚醚、聚酯混合型； (b)芳香族、脂肪族、芳脂族和脂环族，或具体分为TDI型、IPDI 型、MDI型等。 (4)以产品包装形式分类 分为单组分和双组分水性聚氨酯。单组分水性聚氨酯包括热塑性、 自交联型和热固性三种类型。双组分水性聚氨酯包括两种类型， 一种由水性聚氨酯主剂和交联剂组成；另一种由水性羟基组分和 水性多异氰酸酯固化剂组成。其中后者是主导产品。
水性聚氨酯
水性聚氨酯(Waterborne Polyurethane 缩写WPU) 的研究始自20世纪50年代60、70年代，水性聚氨酯的 研究、开发迅速发展，首先用作皮革涂饰剂。进入90 年代，随着人们环保意识以及环保法规的加强，其应 用扩展到涂料、粘合剂等领域，正在逐步占领溶剂型 聚氨酯的市场，代表着涂料、粘合剂的发展方向。
即先合成带有-NCO端基的预聚体，通常加入少量的N-甲基吡咯烷 酮调整黏度，高速搅拌下将其分散于水中，二(或多)元胺扩链，得高 相对分子质量的水性聚氨酯。目前，丙酮法和预聚体分散法常常复合 使用。
水性聚氨酯的分类
(1) 以外观分类
项目 水溶液 水分散液 水乳液 外观 透明 半透明 乳白 粒径/nm <10 10～100 >100
水性聚氨酯的分类
(2) 以亲水性基团的电荷性质(或水性单体)分类 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。其中阴离 子型产量最大、应用最广。阴离子型水性聚氨酯又 可分为羧酸型和磺酸型两大类。近年来，非离子型 水性聚氨酯在大分子表面活性剂、缔合型增稠剂方 面的研究越来越多。阳离子型水性聚氨酯渗透性好， 具有抗菌、防霉性能，主要用于皮革涂饰剂。
预聚体法合成水性聚氨酯树脂配方设计及其制备方法150825
预聚体法合成水性聚氨酯树脂配方设计计算王宇晖（苏州吉人高新材料（股份）有限公司，江苏省，苏州 215143；)摘要：利用聚氨酯线形加成聚合反应分子量的控制方程，作者建立了水性聚氨酯树脂配方设计的数学模型计算公式，采用控制NCO/OH摩尔比的方法，合成平均大分子量为2500~4000低粘度预聚体，在水中定量增链，最终合成分子量为1.5~2.5万的大分子水性聚氨酯树脂，其有机溶剂含量不高于15%。
采用这种方法，为水性聚氨酯树脂配方设计提供了理论依据，对水性聚氨酯树脂的开发研究，大大缩短了实验过程。
关键词：预聚体法合成水性聚氨酯树脂理论；配方设计计算方法；制备方法；控制NCO/OH摩尔比；高聚物的分子量控制；不必除去少量溶剂。
图书分类号：TQ 311文献标志码：APreparation and preparation of aqueous polyurethane resinformula by the method of pre polymerWang Yuhui(Suzhou hi tech material (share) Co., Ltd., Jiangsu, Suzhou 215143, China;)Abstract: using linear polyurethane addition polymerization reaction of molecular weight control equation, the authors establish the mathematical model of the waterborne polyurethane resin formulation design calculation formula, the control method of the NCO / Oh ratio, synthetic average molecular weight for 2500 to 4000 low viscosity pre dimer, in quantitative increase chain, eventually the synthetic molecular weight was 1.5 ~ 2.5 million of macromolecular aqueous polyurethane resin,————————————————————————收稿日期：2016-02-24。
水性聚氨酯的合成与改性
水性聚氨酯的合成与改性水性聚氨酯的合成与改性时间:2014-02-17 09:06来源:武汉工程大学化工与制药学院作者:闫福安,陈俊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。
1 水性聚氨酯的合成单体1.1 多异氰酸酯(polyisocynate)多异氰酸酯可以根据异氰酸酯基与碳原子连接的部位特点,可分为四大类：芳香族多异氰酸酯(如甲苯二异氰酸酯,TDI)、脂肪族多异氰酸酯(六亚甲基二异氰酸酯,HDI)、芳脂族多异氰酸酯(即在芳基和多个异氰酸酯基之间嵌有脂肪烃基－常为多亚甲基,如苯二亚甲基二异氰酸酯,XDI)和脂环族多异氰酸酯(即在环烷烃上带有多个异氰酸酯基,如异佛尔酮二异氰酸酯,IPDI。
芳香族多异氰酸酯合成的聚氨酯树脂户外耐候性差,易黄变和粉化,属于“黄变性多异氰酸酯”,但价格低,来源方便,在我国应用广泛,如TDI常用于室内涂层用树脂；脂肪族多异氰酸酯耐候性好,不黄变,其应用不断扩大,欧美发达国家已经成为主流的多异氰酸酯单体；芳脂族和脂环族多异氰酸酯接近脂肪族多异氰酸酯,也属于“不黄变性多异氰酸酯”。
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
一、水性聚氨酯的制备方法：
1.原位聚合法：通过在聚醚、聚酯等官能化的基料中，加入异氰酸酯类化合物，经过聚合反应形成水性聚氨酯。
2.分散聚合法：将异氰酸酯类物质预分散于水中，再与聚醚、聚酯等官能化的基料发生反应，形成水性聚氨酯。
二、水性聚氨酯的改性方法：
1.溶剂改性：将溶解介质（如乙醇、丙酮等）加入到水性聚氨酯中，通过调整溶解度和离子强度，改变聚氨酯的粘度、干燥速度等性能。
2.聚合物改性：将其他合成树脂（如丙烯酸乳液、聚酯树脂等）与水性聚氨酯混合进行共聚反应，以改善聚氨酯的力学性能、耐热性等性能。
3.环氧树脂改性：将环氧树脂加入水性聚氨酯中，通过交联反应，提高聚氨酯的耐磨性、耐溶剂性和耐冲击性。
4.硅橡胶改性：将硅橡胶加入水性聚氨酯中，形成混合胶，可以提高聚氨酯的耐候性、耐油性和抗拉强度。
5.纳米填料改性：引入纳米颗粒（如纳米二氧化硅、纳米氧化铁等）到水性聚氨酯中，通过增加界面层面，提高聚氨酯的力学性能、耐磨性和耐腐蚀性。
三、水性聚氨酯的应用领域：
1.涂料与胶粘剂：水性聚氨酯可以用于木材涂料、金属涂料、塑料涂料、地板涂料、汽车涂料等领域。
2.印刷油墨：水性聚氨酯可以用于纸张印刷油墨、塑料印刷油墨等领域。
3.纤维与皮革：水性聚氨酯可以用于纺织面料的涂层、皮革的涂层和胶粘剂等领域。
4.胶黏剂与密封剂：水性聚氨酯可以用于建筑胶黏剂、汽车密封剂、电子胶黏剂等领域。
5.防腐与防护：水性聚氨酯可以用于防水涂料、防腐涂料、建筑涂料等领域。
总之，水性聚氨酯的制备及改性方法多种多样，可以根据不同需求和应用领域进行选择和调整，以获得理想的性能和性质。
交联改性水性聚氨酯粘合剂的合成、结构及性能
交联改性水性聚氨酯粘合剂的合成、结构及性能交联改性水性聚氨酯粘合剂的合成、结构及性能摘要：水性聚氨酯粘合剂由于其环保性能优越、成膜速度快、成膜均匀等优点，在各个领域得到广泛应用。
本文主要介绍了交联改性水性聚氨酯粘合剂的合成方法、结构特点以及在粘合过程中的性能表现等方面的内容。
1. 引言在现代工业发展中，粘合技术在不同领域的应用越来越广泛，而水性聚氨酯粘合剂因其无溶剂、环保、低成本等优势而备受关注。
然而，普通水性聚氨酯粘合剂在某些特殊条件下容易出现断裂、流变性等问题，影响其在实际应用中的性能。
因此，进行交联改性是一种有效提高水性聚氨酯粘合剂性能的方法。
2. 交联改性水性聚氨酯粘合剂的合成方法传统的交联改性方法通常是通过引入交联剂或添加交联剂进行反应以实现交联的目的。
例如，通过引入含有含氮基团的交联剂，如二乙烯三胺、四乙烯四胺等，与水性聚氨酯粘合剂中的异氰酸酯基团进行反应，从而实现水性聚氨酯粘合剂的交联。
3. 交联改性水性聚氨酯粘合剂的结构特点交联改性后的水性聚氨酯粘合剂在结构上发生了改变，形成网络结构，其中交联点的引入使得粘合剂的分子间具有更高的连接性。
这样的网络结构可以提高粘合剂的力学性能，增加其粘接强度和耐久性。
4. 交联改性水性聚氨酯粘合剂的性能交联改性可以有效提高水性聚氨酯粘合剂的性能。
例如，通过交联改性，粘合剂的拉伸强度、断裂伸长率、粘接强度等力学性能可以得到明显提升。
此外，交联改性后的粘合剂还具备较好的耐剪切性、热稳定性和耐水性能，这些性能的提高使得水性聚氨酯粘合剂在实际应用中更加可靠和持久。
5. 结论交联改性是一种有效提高水性聚氨酯粘合剂性能的方法。
通过引入交联剂或添加交联剂与水性聚氨酯粘合剂进行反应，可以形成网络结构，提高粘合剂的力学性能和耐久性。
交联改性后的粘合剂在实际应用中表现出良好的性能，广泛应用于各个领域。
Abstract: Waterborne polyurethane adhesives have been widely used in various fields due to their excellent environmental performance, fast film formation, and uniform film formation. This article mainly introduces the synthesis method, structural characteristics, and performance of cross-linked modified waterborne polyurethane adhesives.1. IntroductionIn the development of modern industry, adhesive technology is widely used in different fields. Waterborne polyurethane adhesive has attractedattention due to its advantages of solvent-free, environmental protection, and low cost. However, ordinary waterborne polyurethane adhesives are proneto problems such as fracture and rheologicalproperties under certain conditions, which affecttheir performance in practical applications. Therefore, cross-linking modification is an effective method to improve the performance of waterborne polyurethaneadhesives.2. Synthesis methods of cross-linked modified waterborne polyurethane adhesivesThe traditional cross-linking modification method usually introduces a cross-linking agent or adds a cross-linking agent to achieve cross-linking. For example, by introducing cross-linking agentscontaining nitrogen groups, such as diethylenetriamine and tetraethylenepentamine, to react with the isocyanate groups in waterborne polyurethane adhesives, cross-linking of waterborne polyurethane adhesives can be achieved.3. Structural characteristics of cross-linked modified waterborne polyurethane adhesivesThe cross-linked modified waterborne polyurethane adhesives undergo structural changes, forming anetwork structure, and the introduction of cross-linking points makes the intermolecular connections of the adhesive higher. Such a network structure can improve the mechanical properties of the adhesive, increase its bonding strength and durability.4. Performance of cross-linked modified waterborne polyurethane adhesivesCross-linking modification can effectively improve the performance of waterborne polyurethane adhesives. For example, through cross-linking modification, thetensile strength, elongation at break, and bondingstrength of the adhesive can be significantly improved. In addition, the modified adhesive has good shear resistance, thermal stability, and water resistance, making waterborne polyurethane adhesives more reliable and durable in practical applications.5. ConclusionCross-linking modification is an effective method to improve the performance of waterborne polyurethane adhesives. By introducing cross-linking agents or adding cross-linking agents to react with waterborne polyurethane adhesives, a network structure can be formed, improving the mechanical properties and durability of the adhesive. Cross-linked modified adhesives exhibit excellent performance in practical applications and are widely used in various fields综上所述，交联修饰是提高水性聚氨酯胶粘剂性能的有效方法。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
CHINA COATINGS 2008年第23卷第7期150 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。
关键词：水性聚氨酯；合成；改性中图分类号：TQ630 文献标识码：A 文章编号：1006-2556(2008)07-0015-08Synthesis and modifi cation of water-borne PUYan fuan, Chen jun(School of Chemical Engineering and Pharmacy, Wuhan Institute of Technology, Wuhan 430073, Hubei Province)Abstract: This paper introduces water-borne PU about its monomers, synthesis mechanism, and synthesis technology and modifi cation methods. Relevant enterprises and research institutes China should strengthen the work cooperatively on molecule design, to promote the continuously progressing synthesis technology and the growing market of water-borne PU. Keywords: water-borne PU, synthesis, modifi cation编者按：本文搜集了相关的情报资料，比较全面地阐述水性聚氨酯的合成技术。
相应地，嘉宝莉朱延安、中国科技大章鹏进行了这方面的研发和实验实践。
相比之下，为改善PUD分散体涂膜力学性能，选用聚碳酸酯型方向是可行的,但在水性木器涂料中的应用,应综合考虑制造成本、涂料使用范围、对涂膜光泽大小不同要求等方面因素；软段多元醇的选用不可能单一型,可以选用混合型,如PCD与PCL混合,或PCD与聚醚型混合,否则单用PCD,因价格太贵或存在功能过剩,影响水性聚氨酯涂料的推广应用与市场定位。
DOI:10.13531/ki.china.coatings.2008.07.007中 国 涂 料2008年第23卷第7期161 水性聚氨酯的合成单体1.1 多异氰酸酯(polyisocynate)多异氰酸酯可以根据异氰酸酯基与碳原子连接的部位特点,可分为四大类：芳香族多异氰酸酯(如甲苯二异氰酸酯,T D I)、脂肪族多异氰酸酯(六亚甲基二异氰酸酯,H D I)、芳脂族多异氰酸酯(即在芳基和多个异氰酸酯基之间嵌有脂肪烃基－常为多亚甲基,如苯二亚甲基二异氰酸酯,X D I)和脂环族多异氰酸酯(即在环烷烃上带有多个异氰酸酯基,如异佛尔酮二异氰酸酯,I P D I。
芳香族多异氰酸酯合成的聚氨酯树脂户外耐候性差,易黄变和粉化,属于“黄变性多异氰酸酯”,但价格低,来源方便,在我国应用广泛,如T D I常用于室内涂层用树脂；脂肪族多异氰酸酯耐候性好,不黄变,其应用不断扩大,欧美发达国家已经成为主流的多异氰酸酯单体；芳脂族和脂环族多异氰酸酯接近脂肪族多异氰酸酯,也属于“不黄变性多异氰酸酯”。
水性聚氨酯合成用的多异氰酸酯主要有T D I、I P D I、H D I、T M X D I(四甲基苯二亚甲基二异氰酸酯)。
T M X D I可直接用于水性体系,或用于零VOC水性聚氨酯的合成。
1.2 低聚物多元醇(polyol)水性聚氨酯合成用低聚物多元醇主要包括聚醚型、聚酯型两大类,它构成聚氨酯的软段,分子量通常在500～3 000。
不同的聚多元醇与二异氰酸酯制备的P U性能各不相同。
聚酯型P U比聚醚型P U具有较高的强度和硬度,这归因于酯基的极性大,内聚能(12.2 kJ/mo1)比醚基的内聚能(4.2 kJ/mo1)高,软段分子间作用力大,内聚强度较大,机械强度就高,而且酯基和氨基甲酸酯键间形成的氢键促进了软、硬段间的相混合。
并且由于酯基的极性作用,与极性基材的粘附力比聚醚型优良,抗热氧化性也比聚醚型好。
聚醚型P U醚基较易旋转,具有较好的柔顺性,有优越的低温性能,并且聚醚中不存在相对易水解的酯基,其P U比聚醚型耐水解性好,尤其是其具有非常竞争力的价格。
不同种类的聚酯多元醇耐水解稳定性相差很大。
多元醇相对分子质量越大,用量越多,则表面硬度越低,伸长率越大,强度越低。
改变合成单体的种类和比例可以制成软、硬度不同的系列聚氨酯水分散体,以适合不同的需求。
聚酯型多元醇从理论上讲品种是无限的。
目前比较常用的有：聚己二酸乙二醇酯二醇、聚己二酸-1,4-丁二醇酯二醇、聚己二酸己二醇酯二醇等等,国内生产厂家很多,但年生产能力大都在1 000 t 以下。
由2-甲基-1,3-丙二醇(M P D)、新戊二醇(N P G)、2,2,4-三甲基-1,3-戊二醇(T M P D)、2-乙基-2-丁基-1,3-丙二醇(B E P D)、1,4-环己烷二甲醇(1,4-CHDM)、己二酸(adipic acid)、六氢苯酐(H H P A)、1,4-环己烷二甲酸(1,4-C H D A)、壬二酸(AZA)、间苯二甲酸(IPA)衍生的聚酯二醇耐水解性大大提高,为提高聚酯型水性聚氨酯的储存稳定性提供了原料支持,但其价格较贵。
目前,水性聚氨酯用耐水解型聚酯二醇主要为进口产品,国内相关企业应加大该类产品的研发，以满足水性聚氨酯产业的发展。
此外，均缩聚物聚己内酯二醇(PCL)、聚碳酸酯二醇也可用于水性聚氨酯的合成。
1.3 扩链剂为了调节大分子链的软、硬链段比例，同时也为了调节分子量，在水性聚氨酯合成中常使用扩链剂。
扩链剂主要是多官能度醇类或胺类化合物。
如乙二醇、一缩二乙二醇(二甘醇)、1,2-丙二醇、一缩二丙二醇、1,4-丁二醇(1,4-butanediol,BDO)、1,6-己二醇(H D)，三羟甲基丙烷(T M P)或蓖麻油,或乙二胺、肼、己二胺、异佛尔酮二胺、甲基戊二胺、二亚乙基三胺、三乙烯四胺等。
加入少量的三羟甲基丙烷(T M P)或蓖麻油等三官能度以上单体可在大分子链上造成适量的分支,可以有效地改善力学性能及耐水、耐溶剂性能,但其用量不能太多,否则预聚阶段黏度太大,极易凝胶或影响分散,一般加1％(W)即可。
醇类扩链剂一般在预聚合阶段加入(即前加),1,4-丁二醇(1,4-butanediol,BDO)最为常用,使用二甘醇可以改善水分散性,得到稳定的分散体；胺类扩链剂活性太大,一般采用后加法,即加水分散后再对预聚体进行扩链,主要用于脂肪族(如I P D I、H D I)水性聚氨酯预聚体的扩链,乙二胺具有较好的性价比,是主扩链剂,使用少量二亚乙基三胺或三亚乙基四胺也可生成分支型聚合物,涂膜的综合性能通常比二胺类作扩链剂的要好。
带有氨基的硅类偶联剂(如康普顿公司的1100、1120等)通过扩链可以在大分子链上引入多烷氧硅基类基团,通过其水解、硅醇之间的缩合,可以实现水性聚氨酯的自交联。
为了获得优异的水性聚氨酯产品,多官能2,4-TDI 2,6-TDIHDI IPDI度单体的用量、品种应认真加以选择,尽管其用量仅为0.1%～1%,但可以决定涂层的优劣。
1.4 亲水剂(亲水性扩链剂)亲水性扩链剂指能在水性聚氨酯大分子主链上引入亲水基团的扩链剂,它是水性聚氨酯制备中使用的水性化功能单体。
阴离子型扩链剂中带有羧基、磺酸基等亲水基团,结合有此类基团的聚氨酯预聚体经碱中和离子化,即呈现水溶性。
常用的产品有：二羟甲基丙酸(dimethylol propionic acid, D M P A)、二羟甲基丁酸(d i m e t h y l o l b u t a n o i c a c i d ,D M B A)、1,4-丁二醇-2-磺酸钠；目前阴离子型水性聚氨酯合成的水性单体主要选用D M P A,D M B A活性比D M P A大,熔点低,可用于无助溶剂水性聚氨酯的合成,使V O C降至为0,其应用应引起重视。
D M P A、D M B A为白色粉末,使用方便。
和阴离子水性聚氨酯显著不同,在合成叔胺型阳离子水性聚氨酯时,先是在聚氨酯链上引入叔胺基团,再进行季叔胺盐化(中和)。
而季胺化工序较为复杂,这是阳离子水性聚氨酯发展落后阴离子水性聚氨酯的原因之一。
阳离子型水性单体有二乙醇胺、三乙醇胺、N-甲基二乙醇胺(M D E A)、N-乙基二乙醇胺(E D E A)、N-丙基二乙醇胺(P D E A)、N-丁基二乙醇胺(B D E A)、二甲基乙醇胺、双(2-羟乙基)苯胺(B H B A)、双(2-羟丙基)苯胺(B H P A)等。
国外对利用不同叔胺化合物合成阳离子水性聚氨酯的研究较为深人,而国内大多数采用N-甲基二乙醇胺(M D E A)。
非离子型水性聚氨酯的水性单体主要选用聚乙二醇二醇,数均相对分子质量通常大于1 000。
水性单体品种、用量对水性聚氨酯的性能具有非常重要的影响。
其用量越大,水分散体粒径越细,外观越透明,稳定性越好,但对耐水性提高有副作用。
因此在设计合成配方时,应该在满足稳定性的前提下,尽可能地降低水性单体的用量。