水性聚氨酯的合成原理及其应用
水性聚氨酯
水性聚氨酯 Waterborne polyurethane
08/22
1. 水性聚氨酯的基本原料与合成
1. 2 水性聚氨酯的合成
(2) 扩链反应
小分子二元醇扩链
小分子二元胺扩链 水性聚氨酯 Waterborne polyurethane
09/22
1. 水性聚氨酯的基本原料与合成
1. 2 水性聚氨酯的合成
05/22
1. 水性聚氨酯的基本原料与合成
1. 1 水性聚氨酯的基本原料 1.1.3 亲水扩链剂
(1) 阴离子型 (2) 阳离子型 (2) 非离子型
水性聚氨酯 Waterborne polyurethane
06/22
1. 水性聚氨酯的基本原料与合成
1. 2 水性聚氨酯的合成
外乳化法（外加乳化剂）
水
水溶性原料法
性
化 方
熔融分散法
法
固体自分散法
自乳化法
相转变法
—NCO封端法
水中扩链
水性聚氨酯 Waterborne polyurethane
07/22
1. 水性聚氨酯的基本原料与合成
1. 2 水性聚氨酯的合成39; OH
O
O
OCN R NH C O R' O C NH R NCO
方式、反应时间）。 3.2 不同点： 复鞣剂：
（1）分子量适宜皮内渗透，一般不加交联剂，呈线形； （2）对成膜无要求。 涂饰剂：
（1）分子量较大，要加交联剂，呈体型； （2）成膜性能有很高的要求（粘着性好、抗张强度高、反弹性好、耐溶剂、
耐干湿擦、耐水性好、耐磨性好等）。
水性聚氨酯 Waterborne polyurethane
2.3.1 硬段对性能的影响 （1）异氰酸酯 （2）扩链剂或交联剂 （3）亲水扩链剂
丙烯酸酯改性水性聚氨酯的研究进展
丙烯酸酯改性水性聚氨酯的研究进展丙烯酸酯改性水性聚氨酯（Waterborne Polyurethane Modified with Acrylic Acid Ester）在近几年中引起了广泛的关注。
它具有优异的性能和广泛的应用领域，是一种有潜力的高性能材料。
本文将对丙烯酸酯改性水性聚氨酯的研究进展进行综述，从合成方法、性能调控以及应用领域三个方面进行阐述。
一、合成方法丙烯酸酯改性水性聚氨酯的合成方法主要有两种：乳化聚合法和分散聚合法。
乳化聚合法是通过将水溶性聚氨酯与丙烯酸酯在乳化剂存在下进行共聚反应得到。
此方法具有简单、操作方便、反应温度低等优点，合成的产品分散性好、性能稳定。
而分散聚合法则是通过将聚氨酯与丙烯酸酯分散在共溶剂中共同聚合得到。
此方法可控性好，可以通过改变反应条件来调控产品性能。
二、性能调控丙烯酸酯改性水性聚氨酯的性能可以通过改变聚氨酯段的结构以及调整丙烯酸酯的添加量来进行调控。
聚氨酯段的结构对材料的力学性能、热稳定性和抗水性能有着重要影响。
起硬段物中低分子量杂链段的引入可以改善力学性能，增强材料的耐磨性和拉伸强度。
而丙烯酸酯的添加可以改善水性聚氨酯的柔软性、耐磨性和耐化学性能。
此外，可以通过调整反应条件和配比来控制水性聚氨酯的粒径大小，进而调控粒子分散性和粘度。
三、应用领域丙烯酸酯改性水性聚氨酯在涂料、胶黏剂和封堵剂等领域具有重要的应用价值。
在涂料领域，丙烯酸酯改性水性聚氨酯可以用于喷涂涂料、木器涂料和工业涂料等。
它具有优异的附着力、硬度和耐候性，且不含有机溶剂，对环境友好。
在胶黏剂领域，丙烯酸酯改性水性聚氨酯可用于水性胶黏剂、纸张粘合剂和电子封装材料等。
它具有良好的粘接性能、拉伸强度和抗黏性，可满足不同应用场景的需求。
在封堵剂领域，丙烯酸酯改性水性聚氨酯可用于混凝土修补、管道封堵和地下工程封堵等。
它具有优异的粘接性能、流变性能和耐水性能，可在复杂的工程环境下有效封堵。
综上所述，丙烯酸酯改性水性聚氨酯在合成方法、性能调控和应用领域等方面取得了一定的研究进展。
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。
水性聚氨酯及其改性方法
水性聚氨酯及其改性方法水性聚氨酯（Waterborne Polyurethane，WPU）是一种以水为分散介质的聚氨酯树脂。
相比于传统的有机溶剂型聚氨酯树脂，水性聚氨酯具有环保、无毒、低挥发性、易操作以及涂膜性能优良等特点。
因此，在目前的涂料、胶黏剂、纺织品等领域得到了广泛的应用。
水性聚氨酯的制备方法主要有两种：溶剂法和水分散法。
溶剂法是先将聚合物和有机溶剂混合，然后加入异氰酸酯单体进行反应，最后除去有机溶剂得到产品。
溶剂法制备的水性聚氨酯具有分散性好、颗粒细、粘度低等特点。
而水分散法是利用乳化剂或分散剂使聚合过程发生在水中，再通过蒸发水分形成聚氨酯分散体，最后通过过滤去除杂质得到产品。
水分散法制备的水性聚氨酯无需有机溶剂，更加环保。
1.交联改性：通过引入交联剂，如多异氰酸酯、多醇等，使聚氨酯形成三维网络结构，增强其耐磨性、耐化学品性、耐温性等性能。
2.聚合物分散法：将其他合成树脂或聚合物分散到水性聚氨酯中，形成复合体系，提高涂膜的性能，如增强耐候性、耐刮擦性、硬度等。
3.功能性改性：在水性聚氨酯体系中引入改性剂，如改善流平性和润湿性的表面活性剂、增强抗静电的导电剂等，以增强涂膜的特殊性能。
4.纳米增强：通过引入纳米颗粒，如氧化锌、氧化硅等，以增加涂层的硬度和耐用性。
5.共聚改性：将其他具有特殊功能的单体引入水的聚氨酯反应体系中，并进行聚合，以获得具有特殊性能的共聚物。
综上所述，水性聚氨酯作为一种环保、优良性能的树脂，广泛应用于各个领域。
通过不同的改性方法，可以进一步提高水性聚氨酯的性能，满足不同应用领域的需求。
随着技术的进步，水性聚氨酯的制备方法和改性方法也将不断创新和发展。
水性聚氨酯的合成
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。
水性聚氨酯的制备与性能
水性聚氨酯的制备与性能
一、引言
水性聚氨酯是一种有机合成材料，它结合了传统合成材料的柔韧和环境友好的性能，受到了广泛的应用。
目前，水性聚氨酯已经在许多行业得到广泛应用，包括建筑、汽车、印刷包装、家具等行业。
本文将介绍水性聚氨酯的制备方法和性能特征。
二、水性聚氨酯的制备
1、原料的准备
水性聚氨酯的主要原料有氨基甲酸酯、甲醛和水，这些原料可以分别从工业原料和生物质中获得。
氨基甲酸酯是构成水性聚氨酯结构的主要成分，甲醛作为活性剂可以加快氨基甲酸酯的反应，而水则可以作为反应介质和稀释剂。
2、合成过程
在水性聚氨酯制备过程中，氨基甲酸酯和甲醛在反应介质水的催化下发生加成反应，形成聚氨酯聚合物。
反应可以分为电解质催化和非电解质催化两种方法，可根据需要选择合适的催化方法。
电解质催化方法是通过电解把氨基甲酸酯和甲醛转变为氧化态或还原态，以实现加成反应；而非电解质催化方法是通过酶催化氨基甲酸酯和甲醛发生加成反应。
三、水性聚氨酯的性能特征
1、耐久性。
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。
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
（2）含封闭异氨酸酯的水性聚氨酯涂料。该涂料的成膜原料由多异氰酸酯组分和含羟基组分两部分组成。多 异氰酸酯被苯酚或其它含单官能团的活泼氢原子的化合物所封闭，因此两部分可以合装而不反应，成为单组分涂 料，并具有良好的贮藏稳定性。多异氰酸酯组分与苯酚、丙二酸酯、己内酰胺等封闭剂反应生成氨酯键，而氨酯 键在加热的情况下又裂解生成异氰酸酯，再与羟基组分反应生成聚氨酯。因此封闭型聚氨酯水性涂料的成膜就是 利用不同结构的氨酯键的热稳定性的差异，以较稳定的氨酯键来取代较弱的氨酯键。封闭剂的种类很多，但是芳 香族异氰酸酯水性聚氨酯涂料主要用苯酚或甲酚。
比较而言，外乳化法制备的乳液中，由于亲水性小分子乳化剂的残留，影响固化后聚氨酯胶膜的性能，而自 乳化法消除了此弊病。水性聚氨酯的制备以离子型自乳化法为主。
（2）预聚体法、丙酮法、熔融分散法
自乳化法制水性聚氨酯最常用的方法有预聚体分散法和丙酮法。预聚体法即在预聚体中导入亲水成分，得到 一定粘度范围的预聚体，在水中乳化同时进行链增长，制备稳定的水性聚氨酯（水性聚氨酯-脲）。
水性聚氨酯
以水代替有机溶剂作为分散介质的新型聚氨酯体系
01 特点
03 制备方法 05 主要品种
目录
02 分类 04 原料 06 应用
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，有着无污染、安全可靠、机械性能优良、相容性好、易于改性等优点。
《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。
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。
水性聚氨酯的制备与性能
水性聚氨酯的制备与性能水性聚氨酯（Waterborne Polyurethane，简称WPU）是一种以水作溶剂或分散介质的聚氨酯树脂。
相对于传统的有机溶剂型聚氨酯，水性聚氨酯具有可溶性好、可分散性好、环保性强等优点，广泛应用于涂料、胶粘剂、纤维处理剂等领域。
本文将介绍水性聚氨酯的制备方法和性能特点。
一、水性聚氨酯的制备方法1.环氧化物与异氰酸酯反应法：先将环氧化物与异氰酸酯反应生成异氰酸酯预聚体，然后将预聚体与水发生开环反应，生成水性聚氨酯。
2.改性醇酸与异氰酸酯反应法：将改性醇酸与异氰酸酯反应生成异氰酸酯预聚体，然后与水发生开环反应，生成水性聚氨酯。
3.水溶性聚酯与异氰酸酯反应法：将水溶性聚酯与异氰酸酯反应生成异氰酸酯预聚体，然后与水发生开环反应，生成水性聚氨酯。
4.乳化法：通过乳化剂将异氰酸酯分散到水中，然后加入反应物进行反应，生成水性聚氨酯。
二、水性聚氨酯的性能特点1.耐候性好：水性聚氨酯具有较好的耐候性，能够在室外长时间使用而不发生颜色变化、光泽下降等情况。
2.耐热性好：水性聚氨酯具有较高的热稳定性，能够在高温条件下保持较好的性能。
3.强度高：水性聚氨酯具有较高的强度和硬度，能够提供优良的物理性能和机械性能。
4.耐化学腐蚀性强：水性聚氨酯对酸、碱、溶剂等具有较好的耐腐蚀性，能够在化学环境中保持稳定。
5.低挥发性：由于水是溶剂或分散介质，水性聚氨酯相对于有机溶剂型聚氨酯具有较低的挥发性。
6.环保性好：水性聚氨酯采用水作为溶剂或分散介质，不含有机溶剂，具有良好的环保性。
三、水性聚氨酯的应用领域1.涂料：水性聚氨酯因其优异的性能和环保特点，被广泛应用于各类涂料中，例如家具涂料、木器涂料、金属涂料等。
水性聚氨酯涂料具有耐候性好、附着力强、耐磨性好等优点。
2.胶粘剂：水性聚氨酯在胶粘剂领域也有广泛的应用，例如纸张胶粘剂、木制品胶粘剂、皮革胶粘剂等。
水性聚氨酯胶粘剂具有粘接强度高、耐水性好、耐寒性好等特点。
水性聚氨酯的作用原理
水性聚氨酯的作用原理水性聚氨酯是一种主要用于涂料和胶粘剂的水性树脂，它其实是氨基甲酸酯（isocyanates）与聚醚多元醇（polyether polyols）或聚酯多元醇（polyester polyols）反应生成的一种高分子聚合物。
水性聚氨酯具有优良的物理性能、耐候性和粘附力，广泛应用于汽车、建筑、家具、地板等领域。
水性聚氨酯的作用原理可以从以下几个方面来分析：1. 聚合反应：水性聚氨酯的制备通过氨基甲酸酯与多元醇的聚合反应进行。
在此反应中，氨基甲酸酯中的异氰酸酯与多元醇中的活性氢发生反应，形成醚键或酯键，从而将分子链连接起来。
在反应过程中，会产生一些副产物（例如二氧化碳），需要使用水来稀释。
2. 分散机制：水性聚氨酯分散体系中的颗粒可以均匀分散在水相中，形成胶体溶液。
这种分散体系的形成与乳化剂的作用密切相关。
乳化剂在分散体系中起到辅助分散、稳定乳液、调节粒径分布等作用。
乳化剂可以使水性聚氨酯颗粒的表面带有电荷，使其互相排斥，从而形成分散体系。
3. 交联反应：水性聚氨酯涂料在干燥固化过程中会发生交联反应，即水性聚氨酯中的颗粒之间相互联结，形成致密的聚合物网络结构。
这种交联反应可以提高涂料的抗水性、耐化学腐蚀性和机械强度。
4. 架桥效应：水性聚氨酯涂料中的聚醚多元醇或聚酯多元醇含有大量的端基活性氢。
在水性聚氨酯涂料的干燥过程中，与聚氨酯预聚体中尚未反应的异氰酸酯起到了架桥的作用。
这种架桥效应可以增加涂料的耐久性和耐磨性。
5. 水的作用：水是水性聚氨酯体系中非常重要的组成部分。
水在聚合反应中起到稀释剂的作用，稀释反应体系，使反应更加均匀进行。
另外，水对于分散体系的稳定也起到了关键作用。
通过调节水的含量，可以改变涂料的粘度、干燥时间和抗冻融性能等。
总的来说，水性聚氨酯的作用原理主要涉及聚合反应、分散机制、交联反应、架桥效应和水的作用。
这些原理相互作用，使得水性聚氨酯具有优异的物理性能和应用特性。
水性聚氨酯制备实验报告
一、实验目的1. 掌握水性聚氨酯的制备方法；2. 熟悉水性聚氨酯的组成和性能；3. 了解实验操作步骤和注意事项。
二、实验原理水性聚氨酯（Waterborne Polyurethane，WPU）是一种具有优异性能的热塑性弹性体，具有环保、耐腐蚀、耐磨损、粘接强度高等特点。
本实验采用预聚体法合成水性聚氨酯，通过选择合适的原料和工艺条件，制备出性能优良的水性聚氨酯。
三、实验材料1. 原料：聚醚多元醇（如PTMG-1000）、二异氰酸酯（如TDI、HDI）、扩链剂（如乙二胺）、催化剂（如二月桂酸二丁基锡）、中和剂（如三乙胺）、去离子水等；2. 仪器：三口烧瓶、冷凝管、搅拌器、循环水真空泵、离心分离机、分析天平、微量注射器、移液管、激光粒度仪、红外光谱仪等。
四、实验步骤1. 准备反应装置：将三口烧瓶、冷凝管等装入反应装置，并除水处理。
2. 配制原料：按照实验要求，准确称量聚醚多元醇、二异氰酸酯、扩链剂、催化剂、中和剂等原料。
3. 合成预聚体：将称量好的原料倒入三口烧瓶中，加入去离子水，搅拌均匀。
在N2保护下，加热至一定温度，使原料充分反应，形成预聚体。
4. 乳化：将预聚体冷却至室温，加入适量的扩链剂和催化剂，搅拌均匀。
在搅拌下，缓慢加入去离子水，使预聚体形成稳定的乳液。
5. 调节pH值：将乳液pH值调节至中性，以确保乳液的稳定性和性能。
6. 后处理：将乳液离心分离，去除未反应的原料和杂质。
7. 性能测试：利用激光粒度仪、红外光谱仪等仪器对乳液和涂膜进行性能测试。
五、实验结果与分析1. 激光粒度仪测试：水性聚氨酯乳液的粒径分布如图1所示。
从图中可以看出，乳液粒径分布均匀，平均粒径约为200nm。
图1 水性聚氨酯乳液粒径分布2. 红外光谱测试：水性聚氨酯涂膜的官能团如图2所示。
从图中可以看出，涂膜中含有氨基、酯基、脲键等特征吸收峰，说明水性聚氨酯的合成反应已完成。
图2 水性聚氨酯涂膜官能团3. 力学性能测试：水性聚氨酯涂膜的力学性能如表1所示。
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河北科技大学 肖继君
提要
一、水性聚氨酯的分类 二、自乳化法制备单组分水性聚氨酯的原理 三、双组分水性聚氨酯的制备原理
四、水性聚氨酯的应用
一、水性聚氨酯的分类
• 按分散状态分类 水溶液 分散液 乳液 • 按亲水基团的性质分类 阴离子 阳离子 非离子 混合型
一、水性聚氨酯的分类
四、水性聚氨酯的应用
• 实例：植物油改性水性聚氨酯
c. 中和
O O O CH3 O O O OCN R NH CO CO NH R NH CO CH2 C CH2 CO NH R NH CO CO NH R NCO COOH
C2H5 N C2H5 C2H5
O O O CH3 O O O OCN R NH CO CO NH R NH CO CH2 C CH2 CO NH R NH CO CO NH R NCO COO NH(C2H5)3
二、自乳化法制备单组分水性聚氨酯 的原理
• 低聚物多元醇 聚醚二元醇 聚酯二元醇 其他低聚物二元醇：聚碳酸酯二元醇 聚己内酯二元醇 聚丁二烯多元醇 蓖麻油类多元醇 丙烯酸酯多元醇
二、自乳化法制备单组分水性聚氨酯 的原理
• 多异氰酸酯 芳香族多异氰酸酯：TDI、MDI 脂肪族多异氰酸酯：HDI 脂环族多异氰酸酯：IPDI、H-MDI
四、水性聚氨酯的应用
• 实例：植物油改姓水性聚氨酯 b. 预聚体的制备
HO OH + 2 OCN R NCO
O O OCN R NH CO OC NH R NCO CH2OH CH3CH2 C COOH CH2OH O O O CH2CH3 O O O OCN R NH CO CO NH R NH CO CH2 C CH2 CO NH R NH CO CO NH R NCO COOH
• 按水性化方法分类 内乳化法（自乳化法） 外乳化法 • 按使用形式分类 单组分水性聚氨酯 热固性 含封闭异氰酸酯 双组分水性聚氨酯
光固化 PUA
一、水ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ聚氨酯的分类
内乳化法（自乳化法） 溶液法 预聚体法 熔融分散缩聚法 酮亚胺和酮连氮法 保护端基乳化法
二、自乳化法制备单组分水性聚氨酯 的原理
1. 主要原料 • 低聚物多元醇 • 多异氰酸酯 • 扩链剂 • 溶剂 • 封端剂 • 成盐剂
四、水性聚氨酯的应用
三、双组分水性聚氨酯的制备原理
1. 水性含羟基组分 • 端羟基的聚氨酯水分散体
三、双组分水性聚氨酯的制备原理
2. 水可分散的多异氰酸酯组分
三、双组分水性聚氨酯的制备原理
2. 水可分散的多异氰酸酯组分
三、双组分水性聚氨酯的制备原理
2. 水可分散的多异氰酸酯组分
NCO R N H2C O C N R NCO N R NCO CH2
二、自乳化法制备单组分水性聚氨酯 的原理
• 扩链剂 二羟甲基丙酸（DMPA)
二羟甲基丁酸（DMBA) 氨基磺酸盐 羟基磺酸盐
二、自乳化法制备单组分水性聚氨酯 的原理
• 溶剂 丙酮 丁酮 甲乙酮 二氧六环
二、自乳化法制备单组分水性聚氨酯 的原理
• 封端剂 醇类 酚类 肟类
二、自乳化法制备单组分水性聚氨酯 的原理
CH3 O S O OH HN
N
CH3
-
O3S
O O C C NH R N N R NCO N H2C CH2 N R NCO
四、水性聚氨酯的应用
1. 水性聚氨酯涂料 • 水性木器漆 • 汽车修补漆 • 船舶漆 • 建筑涂料 • 皮革涂饰剂 • 合成革浆料 • 织物涂层 • 涂布纸
四、水性聚氨酯的应用
四、水性聚氨酯的应用
• 实例：植物油改性水性聚氨酯 d. 扩链 、分散
OCN NCO + NH2 CH2 CH2 NH2
O O NH C NH CH2 CH2 NH C NH
四、水性聚氨酯的应用
2. 水性聚氨酯胶粘剂 • 汽车胶粘剂 • 木材胶粘剂 • 鞋用胶粘剂 • 服装用胶粘剂 • 复合软包装用胶粘剂
四、水性聚氨酯的应用
2. 水性聚氨酯胶粘剂 • 复合软包装用胶粘剂 a. 复合软包装材料的特点 功能：屏蔽、可印刷、热封 应用领域：食品、医药、化妆品、办公用品等 复合薄膜的基本材料：纸、塑料、铝箔、干法纸 复合薄膜的形式：玻璃纸/塑料、纸/塑料、塑料/塑 料、纸/金属箔、塑料/金属箔、玻璃纸/塑料、金属 箔等
1. 水性聚氨酯涂料 • 皮革涂饰剂 涂饰是皮革制造过程中的一个重要环节。 涂饰可增加皮革美观和耐用性能、提高皮革档 次、增加花色品种和扩大适用范围。 常见的皮革涂饰剂：酪素涂饰剂 丙烯酸涂饰剂 硝化纤维涂饰剂 聚氨酯涂饰剂
四、水性聚氨酯的应用
1. 水性聚氨酯涂料 • 皮革涂饰剂 水性聚氨酯涂饰剂的特点 生产安全环保 成膜性能好、遮盖力强、粘结牢固、耐低 高温、耐水、耐磨、有弹性 涂饰后的成革手感丰满、舒适。 水性聚氨酯涂饰剂的研究开发特点 工艺上、制备方法、皮革应用方面
四、水性聚氨酯的应用
1. 水性聚氨酯涂料 • 皮革涂饰剂 涂饰剂的发展趋势 水性聚氨酯涂饰剂逐渐占主导地位 单一涂饰剂向复合型及多功能涂饰剂发展 单组分慢慢向双组分过渡
四、水性聚氨酯的应用
• 实例：植物油改性水性聚氨酯 工艺路线
醇解物 聚醚多元醇 IPDI 二羟甲基丁酸 丙 酮
预聚反应
引入亲水扩链剂
降
粘
乳 液
分
散
扩
链
中
和
蒸馏水
扩链剂
中和剂
四、水性聚氨酯的应用
• 实例：植物油改性水性聚氨酯 a. 醇解
O CH2OH H2C O C R1 O CH3CH2C CH2OH + HC O C R2 O CH2OH H2C O C R3 CH2OH LiOH △ O CH2O C R
O CH3CH2C CH2 O C R + HC OH CH2OH CH2OH
• 成盐剂 三乙胺 氨水 氢氧化钠
二、自乳化法制备单组分水性聚氨酯的 原理
2. 单组份水性聚氨酯的合成原理 • 预聚体的制备 • 中和 • 扩链、分散
二、自乳化法制备单组分水性聚氨酯的 原理
2. 单组份水性聚氨酯的合成原理
三、双组分水性聚氨酯的制备原理
1. 水性含羟基组分 • 端羟基的聚氨酯水分散体 • 水性聚酯多元醇 • 水性丙烯酸酯多元醇 • 水性丙烯酸聚氨酯 2. 水可分散的多异氰酸酯组分