水性聚氨酯的合成
水性聚氨酯工业合成工艺流程
水性聚氨酯工业合成工艺流程
一、原料准备
1. 按照反应计划计算所需的多元醇、多元异氰酸酯类原料规格和数量。
2. 检测多元醇和多元异氰酸酯类原料的物理化学指标,检查是否达到合成要求。
3. 加载检测合格的多元醇和多元异氰酸酯类原料到料槽内。
二、原料混合、反应
1. 将多元醇和催化剂导入搅拌反应器内,开始混合。
2. 在过程中,逐步加入准备好的多元异氰酸酯类原料,形成原料混合液。
3. 控制温度在约35°左右,进行室温下的反应4~6小时。
4. 反应结束后,进行取样检测聚合度是否达到目标值。
三、处理分馏
1. 反应液进入离心机进行分离,去除残留的多余的多元异氰酸酯类原料。
2. 离心后液体进入真空打浆机进行脱气,除去生成的副产物2。
3. 脱气液体进入蒸馏塔进行进一步分馏,去除残余的有害物质。
4. 分离出的水性聚氨酯产品进行物理化学检测,确保指标合格。
五、产品装瓶打包
1. 通过色差机和粘度检测试验的聚氨酯产品进入塑料包装机内装瓶。
2. 装瓶好的产品进行打印 ,成为成品通过检验后出厂发货。
以上就是水性聚氨酯的基本工艺流程。
水性聚氨酯涂料的合成
水性聚氨酯涂料的合成原理
水性聚氨酯涂料是一种能够在水中实现聚合反应而成的有机涂料，其核心原理为：使用形式为2-氨基乙烷(AA)、硬脂酸(HA)和聚氨酯(PU)的单体，利用活性水作为介质，以及由硬化剂产生的离子力与单体之间形成的弱离子交互作用，使各单体之间发生聚合反应。
聚合反应的具体过程如下：
1、聚氨酯的单体，如2-氨基乙烷、硬脂酸和聚氨酯，各自产生不同的离子，将其在活性水中混合，使其形成弱离子交互作用，使单体之间发生聚合反应。
2、在此过程中，水会吸收周围的气体，形成空气团，使得涂料表面获得不同程度的光泽和细节，实现不同的装饰效果。
3、硬化剂的反应速度较快，在聚合反应的过程中，不断释放出大量热量，使涂料在迅速凝固，形成牢固的保护膜，有效防止被污染。
4、最后，涂料中的水会被完全蒸发掉，形成牢固的保护膜，有效避免污染物侵入，实现长久耐用的装饰效果。
水性聚氨酯的合成
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5.5kg,西欧约4.5kg,而我国的消费水平还很低,年人均不足0.5kg。
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。
水性聚氨酯合成方法
水性聚氨酯合成方法
水性聚氨酯的合成方法有以下几种：
1. 预聚体法：将聚醚二元醇、聚酯二元醇或聚碳酸酯二元醇、异佛尔酮二异氰酸酯、MDI和二元胺加入反应釜中进行反应合成。
2. 两步法：在室温下，异佛尔酮二异氰酸酯与二元醇先反应生成丁二醇二异氰酸酯（BDI），然后在水中加入BDI，再加入二元胺，进行反应，生成聚合物。
3. 水解法：将异氰酸酯和二元醇溶于有机溶剂中，在水中加入碱性水解剂，水解产生出无机盐和聚氨酯，然后再加入二元胺调整pH值，使聚合物变为水溶性。
4. 无溶剂法：在二元醇、二异氰酸酯和催化剂的催化下，进行聚合反应，生成水性聚氨酯。
以上是水性聚氨酯的几种常见的合成方法。
不同方法的步骤和条件有所不同，需要根据具体情况选择合适的方法。
目前水性聚氨酯的十大合成工艺
水性聚氨酯涂料是目前市场需求量较大的产品之一, 它适用于热敏温度低于(60 — 80) ℃常温交联固化的高、中档木器(家具等), 高档建筑装饰、高级汽车、飞机及航天器材等的中涂和表面涂装。
产品配方：１、改性三聚体交联剂产品可由TDI 、IPDI 、MDI 和XDI 等异氰酸酯制造。
其芳香族NCO反应温度在(120—150) ℃，脂肪族NCO 反应温度在(150—200) ℃。
它的最大优点是无黄变, 水白透明, 较适用于羧酸型等水性聚氨酯的常温交联剂。
为增强综合性能, 需采用两个NCO 基团活性不同的二异氰酸酯,并要将反应中产生的端NCO 用多元醇- 羧酸反应掉, 以利于胺中和及产物的水溶性。
由于其熔点高,反应需分阶段在有机溶剂中进行, 有机膦催化剂及120 ℃以上温度, 异氰酸酯可发生自缩聚反应,生成三聚体化合物。
其催化剂中戊杂环膦化氢是最有效的, 反应温度低, 收率可达90 % , 再用三聚催化法促进反应完全, 并对残基进行封闭。
产品配方：NCO ：多元醇羧酸( 物质的量比) 为6：1：1.43。
工艺步骤: 多元醇- 羧酸溶液制备, 按配方将新戊二醇、苯偏三甲酸酐、DMPA 、二甲苯、甲苯加入反应釜搅拌,升温至80 ℃ , 完成溶解后, 升温至148 ℃回流脱水至透明后, 过滤出料备用。
亚胺预聚体的制备: 按配方将二甲苯、甲苯加入反应釜, 升温至148 ℃回流脱水后, 加入10 % 磷酸(甲苯) 液降温至120 ℃, 通入氮气, 将TDI 、IPDI 加入单体滴加釜, 在2 . 5h 内完成滴加后, 升温至130 ℃反应1h , 将10 % 戊杂环膦化氢液加入滴加釜, 开始缓慢滴加, 不断观察物料反应情况, 防止爆聚, 滴完在130℃反应2h 、140 ℃ 1h 、145 ℃30min , 降温至70 ℃, 将多元醇- 羧酸液加入滴加釜开始滴加,滴完在70 ℃反应(2—3) h , 检测NCO 转化率达96 % , 加入10 % 醋酸锂液, 此时有两种工艺: 一是降温至25 ℃, 静置7d ; 二是升温至(80—90) ℃反应(2—3) h , 测游离TD I 在0.3% 以下, 加入10 % 对甲苯磺酸甲酯液、10 % 二甲基吡唑液升温至85 ℃反应20min , 抽真空脱出2/3量的有机溶剂, 再加入亲水溶剂调节固含量为50 % , 降温至50 ℃加入50 % 三乙胺水溶液、N-甲苯二乙醇胺调节p H 值至8.5 , 升温到60 ℃反应至透明, 降温到40 ℃出料.２、改性HDI 缩二脲交联剂产品配方：NCO：H2O = 3：1.1，NCO：OH =6：1, 理论NCO 含量= 15.9 % , 采用分阶段聚合反应、中和法。
水性聚氨酯制备工艺流程
水性聚氨酯制备工艺流程
水性聚氨酯（Waterborne Polyurethane）是一种环保型的涂料，广泛应用于家具、汽车、建筑、包装等领域。
下面介绍水性聚氨酯的制备工艺流程。
首先，准备原料。
水性聚氨酯的制备需要以下原料：聚醚多元醇、聚酯多元醇、异免分散剂、链延长剂、溶剂和助剂等。
第二步，制备预聚体。
将聚醚多元醇、聚酯多元醇和异免分散剂按照一定比例混合加热，加入催化剂进行反应，形成预聚体。
第三步，加入链延长剂。
将预聚体加热至一定温度，再加入链延长剂，如乙二胺等，进行链延长反应。
链延长剂的选择应根据所需产品的性能要求。
第四步，添加溶剂和助剂。
将制得的聚氨酯溶于溶剂中，并适量添加助剂，如消泡剂、增稠剂和防霉剂等，以提升产品的性能。
第五步，调整pH值。
通过添加酸碱调节剂，调节溶液的pH 值，使其处于适宜的范围内，一般为8-9。
第六步，过滤和检测。
将制备好的水性聚氨酯涂料进行过滤处理，去除其中的杂质，确保产品质量。
同时，进行相应的检测，如粘度、固含量和粒径等。
第七步，包装和储存。
将制备好的水性聚氨酯涂料装入适当的
容器中，密封保存。
在储存过程中，应避免阳光直射和高温环境，以防止涂料的质量受到影响。
总结起来，水性聚氨酯的制备工艺流程包括原料准备、制备预聚体、加入链延长剂、添加溶剂和助剂、调整pH值、过滤和检测、包装和储存等步骤。
在制备过程中，需要注意控制各个环节的条件，保证产品的质量和性能。
水性聚氨酯结构与合成
Ｈ —～ 州彳 —～ Ｃ Ｈ ｌ
Ｏ
。
∞。 一
Ｎ
。
Ｈ Ｏ Ｎ Ｃ ３２ Ｃ ＯＨ （ Ｈ ）
０ ０ ～
Ｒ ／
、 、 Ｒ
图６ 阳离子 水性聚 氨酯 分子 结构
１３３ 非 离 子 水 性 聚 氯 酯 分 子 结 构 模 型 ．．
图３ 异 氰酸 酯 的 自聚 反应
将聚乙二醇分 子链段 引入聚氨酯分子 的端基 、链段 中 间、侧链 可以合成各种不 同的非离子水性聚氨酯 ，由于亲 水链段含量通常较 大 ，因此 ，实际应用有 限。
ＣＨ （ ＣＨ ＣＨ ） （ Ｍ — ３Ｏ ２ ２ Ｌ — 卜 ” ～ Ｍ ｗ Ｏ ｃＨ ｃＨ ） Ｏ （ ２ ２ｎ ～
１３ 水性 聚氨 酯 的分子 结构 ．
聚氯酯是 由硬段和软段构成的一类高性能材料 ，硬段 和软段 的组成 、结构、长短 、相对 比例 的变化等使聚氨酯 材料可 用作塑料、弹性体 、 维、胶粘剂和涂料的树脂 等。 纤
—叫二 ： ———～ 二
Ｏ ＣＨ （ ｔ０ ｎ ｔ （ ２’ ２ ）ＣＩ ３
聚氨酯材料就形态而言属于二相结构 ：软段相和硬段 相 。软段相 多数为粘弹态（ 聚醚 、聚 己二酸酯 ） ，也有玻璃
态 （ 碳酸 酯 ＰＤ ） 聚 Ｃ Ｌ，少 数 为结 晶态 （ 己 内脂 Ｐ Ｌ 聚 Ｃ 、聚 己二 酸 丁 二 醇 酯 ＰＡ Ｂ 、聚 己二 酸 己二 醇 酯 ， ＰＡ ；而 硬 段 相 可 Ｈ）
双 电层 结 构 。
形 态
图１ 阴离子 型Ｐ Ｄ ０ Ｕ 胶粒 模型
当硬段含量在 ４ ７ ０ 以下时 ，硬 段分 散在软段 基料 上 ０
图１ 硬 段含 量４ ％时 的聚 氨酯 形态 ５ ０
MDI系列双组份水性聚氨酯的合成研究中期报告
MDI系列双组份水性聚氨酯的合成研究中期报告
一、研究背景
随着环保意识和法规的逐渐提高，水性聚氨酯在涂装、粘合、印刷和封闭等领域中得到了广泛的应用。
而在聚氨酯中，MDI为其中最重要的前体之一。
在一些情况下，双组份的MDI系列水性聚氨酯更受欢迎，因为它们可以提供更好的可调控性和更优秀的性能。
二、研究进展
1. 前期研究结果
在前期研究中，我们选择了环保性较高的PEG作为醇成分，采用双被覆法合成了MDI系列双组份水性聚氨酯。
经过初步的实验可能性验证和多次的优化实验，合成了具有较好性能的聚氨酯。
2. 中期研究方向
在本阶段，我们将主要从以下几个方面展开研究：
(1) 改变反应条件以提高产率和性能;
(2) 考虑引入不同结构的醇成分，以探索不同性能的聚氨酯;
(3) 考虑引入不同结构的二异氰酸酯作为前体，探索不同的MDI系列聚氨酯。
三、研究计划
在接下来的研究中，我们将首先探讨不同的反应条件对反应产率和聚氨酯性能的影响。
具体来说，我们将调整反应温度、pH值、溶剂和催化剂等因素。
接下来，我们将探索引入不同结构醇成分对聚氨酯性能的影响。
特别是，我们将考虑具有不同长度和平均分子量的PEG和其他醇类成分的引入。
最后，我们将尝试使用其他的二异氰酸酯来制备MDI系列水性聚氨酯。
具体来说，我们将考虑DMDI、TMDI、HMDI等不同的二异氰酸酯，以探索不同的聚氨酯性能。
水性聚氨酯工业合成工艺流程
水性聚氨酯工业合成工艺流程英文回答：Waterborne polyurethane (WPU) is a type of polyurethane that is dispersed in water instead of being dissolved in organic solvents. The industrial synthesis process of WPU involves several steps.1. Prepolymer Preparation: The first step is the preparation of the prepolymer. This involves the reaction of a polyol with an excess of diisocyanate. The polyol can be a polyester or a polyether, and the diisocyanate is typically MDI (methylene diphenyl diisocyanate) or TDI (toluene diisocyanate). The reaction between the polyol and diisocyanate forms a prepolymer with isocyanate groups.2. Chain Extender Addition: In this step, a chain extender is added to the prepolymer. The chain extender is typically a short-chain diol, such as 1,4-butanediol or ethylene glycol. The addition of the chain extender reactswith the isocyanate groups in the prepolymer, resulting in the formation of urethane linkages. This step helps to increase the molecular weight and improve the mechanical properties of the WPU.3. Emulsification: After the chain extender addition, the prepolymer is emulsified in water to form a stable dispersion. This is typically achieved by using asurfactant or an emulsifier. The emulsification process helps to disperse the WPU particles in water and stabilize the dispersion.4. Neutralization and Crosslinking: The next step involves neutralization and crosslinking of the WPU dispersion. This is done by adding a neutralizing agent, such as ammonia or amines, to the dispersion. The neutralizing agent reacts with the remaining isocyanate groups, resulting in the formation of urea linkages. This step helps to improve the water resistance and film-forming properties of the WPU.5. Film Formation: The final step is the film formationprocess. The WPU dispersion is applied onto a substrate, such as a metal or a polymer, and the water is evaporated. As the water evaporates, the WPU particles come into close contact and coalesce to form a continuous film. This film can then be further cured or dried to achieve the desired properties.水性聚氨酯（WPU）是一种以水为分散介质而不是有机溶剂的聚氨酯。
水性聚氨酯树脂的合成研究
水性聚氨酯树脂的合成研究水性聚氨酯树脂是一种优良的环保型材料，它具有良好的性能和广泛的应用领域。
近年来，人们对水性聚氨酯树脂的研究逐渐增多，不断探索其合成方法和应用。
本文将就水性聚氨酯树脂的合成研究进行详细论述。
一、水性聚氨酯树脂的概述水性聚氨酯树脂是一种以聚醚多元醇、聚酯多元醇或是聚醚多聚醇为主要原料，通过与异氰酸酯反应制得的树脂。
与传统的有机溶剂型聚氨酯树脂相比，水性聚氨酯树脂具有绿色环保、无污染、易于处理等优点，被广泛应用于涂料、胶粘剂、纺织品等领域。
二、水性聚氨酯树脂的合成方法1. 分散聚合法分散聚合法是水性聚氨酯树脂合成的主要方法之一。
它的原理是聚氨酯分散体在水中进行液相聚合，形成乳液状的水性聚氨酯树脂。
这种方法具有操作简便、反应条件温和等优点。
2. 预聚合物溶液与分散法的组合该方法是将预聚合物溶液与分散法相结合，首先制备出预聚合物溶液，然后将其与分散剂一起在水中分散，形成水性聚氨酯树脂。
这种方法可以获得较高固含量的水性聚氨酯树脂，具有优异的涂膜性质。
3. 水相法合成水相法合成是通过合成聚氨酯预体（聚酯多元醇与异氰酸酯的缩合产物）后，直接在水相中加入反应物，进行改性与交联反应，形成水性聚氨酯树脂。
这种方法可制备出具有优异性能的水性聚氨酯树脂。
三、水性聚氨酯树脂的应用1. 涂料领域水性聚氨酯树脂在涂料领域有着广泛的应用，如水性聚氨酯木器涂料、金属涂料、塑料涂料等。
其具备优异的耐温性、耐候性和耐化学品性，能够提供优良的保护和装饰效果。
2. 胶粘剂领域水性聚氨酯树脂在胶粘剂领域也有重要的应用价值。
由于其可调控的粘附性能和固含量高，水性聚氨酯胶粘剂被广泛应用于皮革、纺织品、木材等领域。
3. 纺织品领域水性聚氨酯树脂在纺织品领域具备良好的弹性、耐磨性和耐洗涤性能，可用于制备高品质的涂层纺织品、弹性纺织品和功能性纺织品。
四、水性聚氨酯树脂的发展前景水性聚氨酯树脂以其环保、无毒、可再生等特点逐渐受到人们的关注。
《水性聚氨酯防护型涂层的合成及改性研究》
《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因其优异的物理性能、化学性能和环保性能，在众多领域得到了广泛应用。
本文旨在研究水性聚氨酯防护型涂层的合成及改性方法，以提高其性能并拓宽其应用范围。
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、扩链剂、溶剂等。
其中，多元醇和异氰酸酯是合成聚氨酯的主要原料，选择合适的原料对涂层性能具有重要影响。
2. 合成过程水性聚氨酯的合成过程主要包括预聚体的制备、扩链反应及水性化等步骤。
首先，将多元醇与异氰酸酯进行预聚反应，生成预聚体；然后加入扩链剂和催化剂进行扩链反应；最后将产物分散于水中，形成水性聚氨酯分散液。
三、水性聚氨酯防护型涂层的改性研究1. 物理改性物理改性主要包括添加填料、改变涂层结构等方法。
通过添加具有特定功能的填料，如纳米材料、陶瓷粉末等，可以提高涂层的硬度、耐磨性、耐候性等性能。
此外，通过改变涂层结构，如调整涂层的厚度、孔隙率等，也可以提高其防护性能。
2. 化学改性化学改性主要通过引入新的官能团或改变聚氨酯分子链的结构来提高涂层的性能。
例如，通过引入具有优异防腐性能的官能团，可以提高涂层的耐腐蚀性能；通过改变分子链的柔韧性，可以提高涂层的柔韧性和附着力。
四、实验方法与结果分析1. 实验方法采用不同的合成工艺和改性方法，制备一系列水性聚氨酯防护型涂层样品。
通过实验测试其性能，如硬度、耐磨性、耐候性、耐腐蚀性等。
同时，利用现代分析手段，如红外光谱、扫描电镜等，对涂层的结构进行表征。
2. 结果分析实验结果表明，通过合理的合成工艺和改性方法，可以显著提高水性聚氨酯防护型涂层的性能。
例如，添加纳米材料可以显著提高涂层的硬度和耐磨性；引入具有优异防腐性能的官能团可以显著提高涂层的耐腐蚀性能。
此外，通过调整涂层的结构，如改变孔隙率或厚度，也可以实现对其性能的优化。
IPDI型高固含量水性聚氨酯的合成及应用
IPDI型高固含量水性聚氨酯的合成及应用IPDI型高固含量水性聚氨酯的合成及应用近年来，随着环保意识的增强，水性聚氨酯作为一种绿色环保的涂料材料得到了广泛应用。
在水性聚氨酯的合成中，IPDI（异亚磷酸二异氰酯）被认为是一种理想的原料，因其具有低挥发性、高固含量、高耐久性等特点。
本文将探讨IPDI型高固含量水性聚氨酯的合成方法及应用领域。
一、IPDI型高固含量水性聚氨酯的合成1. 原料选择IPDI是一种常见的聚氨酯材料，其主要特点是低挥发性和高固含量。
此外，为了给聚氨酯涂料赋予良好的性能，还需选择适合的助剂和交联剂。
2. 合成反应IPDI型高固含量水性聚氨酯的合成一般通过两步法进行。
首先，将IPDI与二元醇进行缩聚反应，生成醇基端基团；其次，将醇基端基团与多元醇和交联剂进行反应，形成聚氨酯链。
合成反应的关键是要控制反应条件，确保反应发生顺利且产物质量良好。
反应温度、反应时间和原料比例是影响合成工艺的重要因素。
二、IPDI型高固含量水性聚氨酯的应用1. 水性漆及涂料IPDI型高固含量水性聚氨酯具有优异的耐温性、耐腐蚀性和耐洗擦性等性能，在水性漆及涂料领域有广泛的应用。
这些涂料可以用于汽车、建筑、家具等领域，具有较长的使用寿命和较好的环保性。
2. 胶黏剂IPDI型高固含量水性聚氨酯具有良好的粘附性和强度，可用于制备各种胶黏剂。
这些胶黏剂可以广泛应用于家具、包装、建筑等领域，具有较强的粘接力和较好的耐久性。
3. 弹性体IPDI型高固含量水性聚氨酯可以与弹性体交联形成弹性的聚氨酯材料。
这些材料具有良好的弹性、柔韧性和耐磨性，可用于制备运动鞋底、塑胶地板等产品。
4. 包装材料IPDI型高固含量水性聚氨酯具有较好的柔韧性和耐磨性，可用于制备包装材料。
这些包装材料可以用于电子产品、食品、药品等领域，具有较好的保护性能和环保性。
总结IPDI型高固含量水性聚氨酯作为一种绿色环保的涂料材料，在涂料、胶黏剂、弹性体和包装材料等领域都有广泛的应用。
高固含量水性聚氨酯的合成及性能研究
沿新闻信息含量水性聚氨酯的合成及性能研究榆林市瀚霆化工技术开发有限公司康永豆高雅咼聚氨酯通常分为溶剂型聚氨酯和水性聚氨酯。
溶剂型聚氨酯通过酮类、乙酸乙酯、甲苯、二甲苯等有机溶剂P32制得，这些溶剂易挥发、气味大、易燃易爆、污染环境。
水性聚氨酯把水作为分散介质,有气味小、不污染环境、不化燃、节能、操作加工方便等优点。
因而水性聚氨酯迅速在学皮革涂饰、手套、导管、涂料等很多领域得到应用。
建传统水性聚氨酯乳液固含量低(<40%),导致初黏材力低、自增稠性差、干燥成膜速度慢、光泽性较低等缺点,因而应用推广受到限制。
高固含(>50%)水性聚氨酯乳液则具有成膜和干燥时间短、设备利用率高、单位产品能量消耗和运输成本低等优点。
研究表明其在50七左右干燥温度下其干燥速度与普通溶剂型聚氨酯相似,从而使合成革应用上完全代替溶剂型产品。
1实验步骤1.1预聚体制备先将称好的聚酯(如721,726,PBA咸聚瞇(PTHF),阴离子扩链剂(DMPA),在90七左右抽真空脱水1h；然后降温至80°C,依次加入IPDI、NMP和1%。
总固体物料量的催化剂,30min后加入DEG,共反应2h,待体系中的值基本上达到了理论值，表明反应完全,得到预上聚体。
海 1.2单体改性建为了提高制成胶膜的耐水性，预聚时加入有机硅材8427或中和成盐后加入有机硅KH550反应30min,实现有机硅改性。
二 1.3中和成盐0将预聚物降温到40T后先用适量丙酮稀释，待粘-度降低后，滴加成盐剂TEA,使聚氨酯中的竣基被中和九成盐，达到离子化目的，使其更好地与水相溶形成一种年较稳定的体系，充分反应30min。
1.4提高成膜性第中和成盐后,加入成膜助剂(用少许丙酮溶解的聚-乙酸乙烯酯),使其充分反应30min,对成膜性有很大期的提升作用。
1.5乳化、扩链在高速搅拌下(800r/min)加入适量水、乳化剂、扩链剂混合液，反应30min,得到白色不透明乳液(固含量约为50%),放置一段时间后即得到白色泛蓝、外观稳定的聚氨酯乳液。
水性聚氨酯的合成及应用
水性聚氨酯的合成及应用水性聚氨酯（Waterborne Polyurethane, WPU）是一种特殊的聚氨酯树脂，具有良好的环境友好性和广泛的应用前景。
本文将介绍水性聚氨酯的合成方法、特性以及其在涂料、胶黏剂和纺织品等领域的应用。
一、水性聚氨酯的合成方法水性聚氨酯的合成可以通过两种主要方法实现：一种是预聚体法，另一种是原位乳化法。
1. 预聚体法预聚体法是通过将聚酯或聚醚与异氰酸酯化合物反应，形成异氰酸酯预聚体。
然后，将预聚体与含有胺官能团的化合物反应，生成聚醚型或聚酯型水性聚氨酯。
需要注意的是，在反应过程中，需要添加适量的表面活性剂和乳化剂来帮助稳定乳液。
2. 原位乳化法原位乳化法是将聚酯或聚醚与异氰酸酯化合物、氨基功能的稳定乳化剂以及乳化剂反应，直接形成乳液。
该方法与预聚体法相比，更加简便和高效。
二、水性聚氨酯的特性水性聚氨酯具有以下几个显著的特性：1. 环保性与传统的溶剂型聚氨酯相比，水性聚氨酯不含有机溶剂，因此减少了挥发性有机化合物的排放，对环境污染更小。
同时，水性聚氨酯在应用过程中，不会产生有毒气体，对操作者的安全也更有保障。
2. 膜性能优良水性聚氨酯具有良好的强度、韧性和耐候性。
其形成的薄膜可提供优异的涂层性能，具有良好的抗刮擦性、耐化学品侵蚀性和抗氧化性等特点。
3. 附着力强水性聚氨酯可以与多种基材良好地附着，包括金属、塑料、玻璃等。
在涂料和胶黏剂领域，其优异的附着力使其成为一种理想的材料。
三、水性聚氨酯的应用水性聚氨酯在多个领域具有广泛的应用前景。
1. 涂料作为一种环保型涂料原料，水性聚氨酯具有优异的防护性能和装饰效果。
它可以应用于室内外墙面、家具、汽车、船舶等领域，为表面提供持久的保护。
2. 胶黏剂水性聚氨酯具有良好的粘接性能和耐湿性，适用于纸张、金属、木材等材料的粘接。
在制造行业中，水性聚氨酯胶黏剂得到广泛应用，如家具制造、包装行业和纸制品加工等。
3. 纺织品水性聚氨酯可用作纺织品的涂层剂和涂料。
水性聚氨酯生产工艺-水性聚氨酯的合成
第4 章艺技术方案4.1工艺技术4.1.1技改前工艺技术企业现有1万吨溶剂型聚氨酯生产线，生产方式采用间歇式，分为多元醇合成和聚氨酯合成两个工序，工艺流程如图4-1，4-2所示。
图4-1多元醇合成流程图图4-2聚氟酯合成流程图从流程图可看出，聚氨酯合成首先由脂肪族二元醇乙二醇、1，4 丁二醇和脂肪族二元羧酸己二酸酯化、聚合生成中间体多元醇，再由多元醇和异氰酸酯在溶剂二甲基甲酰胺、甲苯、丁酮的作用下聚合而成。
生产过程中所用二甲基甲酰胺等溶剂或多或少具有一些毒害性，在整个生产所需的原辅材料中所占比例高达70%。
4.1.2技改后工艺技术4.121工艺流程图技改后，生产方式仍为间歇式，首先由小分子醇和酸酯化、聚合生成多元醇，多元醇再和MDI以去离子水为溶剂，经过扩链剂扩链聚合生成水性聚氨酯树脂。
聚酯多元醇的合成方法和技改前相同，聚氨酯合成工序用溶有扩链剂的去离子水代替有机溶剂，工艺也有所改进, 具体流程如下。
(1)聚酯多元醇的合成聚酯多元醇的合成工序流程图同图4-1。
图4・3水性聚氨酯树脂生产工艺流程图4.1.2.2工艺流程简述（1 ）聚酯多元醇合成工艺流程说明 半成品聚酯多元醇合成工艺与技改前相同， 由脂肪族二元羧酸和脂肪族二元醇按一定摩尔比反应制得。
a ：在常温常压下按照工艺配比要求向反应釡中加入乙二醇、 式是管道输送，开启搅拌装置搅拌物料；b :预聚合：测定聚合物酸值达一定值后， 人工加入催化剂反应 30分钟，启动真空泵对反应 釡抽真空以降低酸值提高聚合物分子量， 打开氮气控制阀向反应釡通入氮气， 氮气作用是防 止釡内物料氧化，同时起到搅拌作用；C ：缩聚合：启动油封式真空泵增加真空度除去残余的水分子和小分子醇，提高聚合物分子 量；。
（2 ）水性聚氨酯合成工艺流程说明水性聚氨酯树脂合成采用预聚体分散法，由聚酯多元醇和异氰酸酯常压下预聚， 预聚体经中和剂中和后， 在较低温度下向预聚体中加入溶有扩链 剂的去离子水，边扩链边分散制备而来。
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水性聚氨酯树脂和其他树脂一样, 其最终制品的性能是由内部结构决定的。
阳离子型水性聚氨酯是将叔胺官能团引入到聚氨酯的大分子中而制得的。
通常用含叔胺基的二醇作扩链剂, 用烷基化剂或合适的酸进行季铵化而得到离子基团。
和普通的聚氨酯一样可用不同种类的多元醇、不同结构的二异氰酸酯、不同类型的扩链剂、不同类型的中和剂和采用不同的合成方法进行合成。
阳离子型水性聚氨酯的骨架上带有阳离子基团, 这就使其具有了一些独特的性能, 在皮革、涂料、胶粘剂、纺织和造纸等领域有着较好的应用。
此外, 阳离子水性聚氨酯对水的硬度不敏感, 且可以在酸性条件下使用。
因此, 开发出性能优异的阳离子水性聚氨酯, 其市场前景非常广阔。
1 阳离子水性聚氨酯的合成 1.1 合成机理合成阳离子水性聚氨酯时, 一般通过两种途径引入阳离子。
一是用卤素元素化合物引入阳离子,该机理先将聚醚或者聚酯二醇与二异氰酸酯制成预聚体, 加入溶剂降低粘度后, 加入卤素元素化合物( 如2,3-二溴丁二酸) 扩链, 然后再加入溶剂降低粘度, 加入三乙胺季铵化, 搅拌离子化, 将离子化后的PU 分散到水中, 高速剪切乳化, 最后蒸除溶剂。
该机理的季铵化是SN2(亲核取代反应) 二是用叔胺化合物引入阳离子, 该机理首先将聚醚或者聚酯二醇与二异氰酸酯制成预聚体, 加入溶剂降低粘度后, 用叔胺化合物( 如N- 甲基二乙醇胺) 扩链, 再加入溶剂降低粘度, 然后加入离子化试剂如乙酸, 搅拌离子化。
将离子化后的PU 分散到水中, 高速剪切乳化, 最后蒸除溶剂。
该机理的季铵化是酸碱中和。
1.2 合成方法阳离子水性聚氨酯的合成与阴离子水性聚氨酯的合成最大的不同就是阳离子水性聚氨酯需加酸成盐, 因此一般不在水中用胺扩链, 所以阳离子水性聚氨酯一般不用阴离子水性聚氨酯常用的预聚体混合法。
从国内外近年来的研究来看, 阳离子水性聚氨酯的合成主要有熔融法和丙酮法。
熔融法是无溶剂制备水性聚氨酯的重要方法。
它把二异氰酸酯的加聚反应和氨基的缩聚反应紧密地结合起来。
反应的第一步是合成含亲水基团的端异氰酸酯基预聚体。
然后在高温下, 该预聚体和过量的脲反应生成缩二脲。
该产品分散在水中之后, 再和甲醛反应生成甲醇基, 通过降低pH值可促进缩聚反应进行扩链和交联。
熔融法的优点是不需要大量溶剂, 避免了相对分子质量快速增长而带来的问题,工艺简单, 易于控制, 也不需要特殊设备。
但是用该法合成水性聚氨酯时需要强力搅拌, 因为即使在100 ℃左右的温度下, 预聚体的粘度也很高。
用该法制得的水性聚氨酯通常是枝化的和相对分子质量较低的树脂。
乳液中残存的甲醛气味比较大, 且有较强的毒性, 在环保要求越来越高的今天, 它将被摒弃。
丙酮法也叫溶液法。
就是在低沸点的能和水混合的惰性溶剂(如丙酮、甲乙酮、四氢呋喃等) 中, 制得含亲水基团的高相对分子质量的聚氨酯乳液, 然后用水将该溶液稀释。
先形成油包水的以溶剂为连续相的乳液, 然后再加入大量的水, 发生相倒转, 水变成连续相并形成分散液。
脱去溶剂后得到无溶剂的高相对分子质量的聚氨酯- 脲的分散液。
该法操作简单, 重复性好。
1.3 原料选择 1.3.1 多异氰酸酯类化合物的选择二异氰酸酯有TDI(甲苯二异氰酸酯)、MDI(二苯基甲烷二异氰酸酯)、IPDI(异佛尔酮二异氰酸酯) 、HDI(六亚甲基二异氰酸酯) 等10余种产品, 其中的脂肪类二异氰酸酯(HDI,IPDI等) 抗老化性能好, 尤其在水性聚氨酯固化过程中的选择性比较好,但芳香族比脂肪族异氰酸酯的PU 抗热氧化性好,因为芳环上的氢较难被氧化。
1.3.2 低聚物多元醇的选择常用的聚二醇有聚酯二醇和聚醚二醇, 相对分子质量通常在600～3000之间。
一般来说, 不同的聚二醇与二异氰酸酯制备的PU 性能各不相同。
聚酯型PU 比聚醚型PU 具有较高的强度和硬度, 这归因于酯基的极性大, 内聚能(12.2kJ/m) 比醚基的内聚能(4.2kJ/m) 高。
软段分子间作用力大, 内聚强度较高, 机械强度也就越高。
并且由于酯键的极性作用, 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。
然而, 由于聚醚型PU 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PU比聚酯型耐水解性好。
1.3.3 亲水扩链剂的选择和阴离子水性聚氨酯显著不同, 在合成叔胺化合物引入阳离子时, 先是在聚氨酯链段上引入叔胺基团, 再进行叔胺化(中和)。
而季铵化工序较为复杂, 这是阳离子水性聚氨酯发展落后于阴离子水性聚氨酯的原因之一。
叔胺化合物有二乙醇胺、三乙醇胺、N-甲基二乙醇胺(MDEA)、N-乙基二乙醇胺(N-EDEA)、N-丙基二乙醇胺(N-PDEA)、N-苄基二乙醇胺(N-BDEA)、叔丁基二乙醇胺(t-BuDEAt)、二甲基乙醇胺、双(2-羟乙基)苄基苯胺(BHBA) 和双(2-羟丙基)苯胺(BHPA)等, 国内用的主要为MDEA, 其反应活性适中。
2 各种因素对阳离子水性聚氨酯性能的影响 2.1 -NCO含量对性能的影响有研究指出, 随着-NCO含量的增长, 聚氨酯预聚体相对分子质量逐渐减小。
又因为异氰酸酯基团与水反应能生成极性较强的取代脲, 故聚氨酯乳液的稳定性与-NCO质量分数也有一定的关系: 当-NCO含量超过4%时储存期明显缩短。
而且-NCO含量的变化对膜的机械物理性能也有影响: 随着-NCO含量的增大, 干膜的邵氏硬度和撕裂强度均提高, 300%模量和拉伸强度则呈现出先增后降的相同规律, 且均在质量分数为4.5%时出现峰值。
而且随着-NCO含量的升高, 吸水率也明显增加。
2.2 预聚物中n(-NCO)/n(-OH)比值对性能的影响随着n(-NCO)/n(-OH)比值的增大, 膜的拉伸强度和硬度都在递增, 而断裂伸长率却在降低。
2.3 中和剂的影响中和剂对乳液的粘度影响很小, 但对乳液的分散状态和粒度有影响。
2.4 亲水扩链剂用量的影响粒径与MDEA 含量之间的关系呈渐进线降低; 乳液粘度在MDEA含量低时增加较慢, 在MDEA含量高时增加较快。
涂膜的强度随MDEA含量增加而增加, 而断裂伸长率随其增加而下降。
这可能是因为随着MDEA 用量的增加, 聚氨酯分子链中刚性链段含量增加, 极性增强, 氢键作用以及离子性物理交联增加, 结果使得拉伸强度增加和断裂伸长率下降。
影响阳离子水性聚氨酯性能的因素还有很多,如亲水扩链剂的选择, 加料方式及温度等, 这里不再赘述。
3 阳离子水性聚氨酯的改性水性聚氨酯以其无毒、不易燃和不污染环境等优点, 愈来愈受到消费者的青睐, 被用作纸张、木材、纤维和皮革等的表面涂饰。
其中阳离子型水性聚氨酯对疏水性的聚酯和丙烯基类纤维具有良好的湿润性, 在化学纤维整理和复合中应用较广, 但与溶剂型聚氨酯相比, 由于存在亲水性基团, 传统的单组分水性聚氨酯涂料涂膜的硬度、耐水性和耐溶剂性达不到溶剂型或双组分聚氨酯的水平,为改善水性聚氨酯乳液及涂膜性能必须对其进行改性。
3.1 丙烯酸酯改性阳离子水性聚氨酯用甲基丙烯酸中和含叔胺基聚氨酯, 形成阳离子型聚合物, 再用去离子水乳化,得到阳离子型水性聚氨酯。
然后分别用油性引发剂偶氮二异丁腈(AIBN) 、水性引发剂过硫酸钾(KPS)及两种混合引发剂引发丙烯酸酯单体聚合, 制备出具有不同核壳结构的水性聚氨酯/丙烯酸酯共聚乳液。
3.2 有机硅改性阳离子水性聚氨酯有机硅的加入改善了阳离子水性聚氨酯漆膜的耐水性、光泽性和手感, 随着有机硅加入量的增加, 漆膜的耐水性提高、吸水率下降。
热重分析表明漆膜耐热性提高。
采用羟基硅油对阳离子水性聚氨酯进行了改性后，明显提高了涂膜的光亮性、柔软性、抗水性和手感。
3.3 环氧树脂改性阳离子水性聚氨酯为了提高水性阳离子聚氨酯涂膜的耐水性和力学性能, 通过引入环氧树脂得到的涂膜耐水性大大提高。
3.4 松香改性阳离子水性聚氨酯用松香改性的阳离子水性聚氨酯在中、碱性条件下有优良的施胶性能。
合成的聚合物松香胶, 本身带有阳离子电荷, 可自留。
松香对WPU的改进效果明显。
3.5 纳米改性阳离子水性聚氨酯聚氨酯是一种合成材料, 当用于涂料和涂层等装饰材料时, 长期的紫外线照射可能会导致材料老化、变脆, 出现粉化现象, 因此研究抗紫外材料具有重要意义。
目前已发现的抗紫外材料有纳米TiO2、ZnO、Al2O3、SiO2 和Fe2O3, 稀土CeO2也是一种很好的外吸收材料。
若在聚氨酯涂料中加入纳米CeO2, 可起到紫外防护的作用。
该复合材料对350nm以下的紫外A 区和B区有很好的吸收, 是一种优良的紫外吸收材料。
4 阳离子水性聚氨酯的应用4.1 皮革涂饰剂阳离子水性聚氨酯可赋予皮革柔软、自然和丰满的外观, 且可提升皮革的品级。
与阴离子皮革涂饰剂相比, 阳离子型具有以下几个优点: 阳离子电荷对于铬鞣、植物鞣和合成鞣的皮革都有较好的键合力; 所有阳离子产品都具有自然、微粒细的特性, 也比阴离子型的同类产品要柔软, 因而具有良好的渗透性及附着性, 它的作用是使皮革柔软细致, 且表面成膜极薄而自然; 可以减少涂料的使用量; 阳离子涂饰系统可以改进纤维强度和压力, 同时又能填充皮革并使它柔软。
4.2 织物整理剂水性聚氨酯能赋予织物柔软、丰满的手感, 改善织物耐磨性、抗皱性、回弹性和通透性等。
阳离子水性聚氨酯在织物表面形成一层亲水膜, 改善了一些合成纤维织物的吸水性能。
大多数化纤织物摩擦后都产生负电荷, 阳离子水性聚氨酯中的季铵离子基团具有显著抗静电作用。
水性聚氨酯的吸湿性也是改善抗静电作用的重要原因。
实验表明, 棉、粘胶纤维织物经一般树脂整理后撕裂强度下降, 但经阳离子水性聚氨酯整理后, 撕裂强度却得到提高。
而且经阳离子水性聚氨酯处理后, 还可使织物耐磨性增强,透气性大幅度提高。
4.3 其他除了上述两种用途以外, 阳离子水性聚氨酯还可用于涂料、胶粘剂、造纸施胶剂及医药领域中, 如制备血液的抗凝固膜等。
另有研究指出, 它也可用作阴极电泳涂料等。