水性聚氨酯涂料的问题与改进
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王佳兴 2013.03.29
1.聚氨酯材料的简介
2.溶剂型和水性聚氨酯优缺点比较
3.目前水性聚氨酯存在的问题及
改进方法 4.发展方向
聚氨酯又称聚氨基甲酸酯，主链中还有
-NH-COO-的结构的化合物。 聚氨酯大分子中除了氨基甲酸酯外，还可能有 醚，酯，脲，缩二脲的基团。使聚氨酯具有优良的 性能，得到广泛的应用
1.耐水性不佳
2.干燥固化速度慢 3.固化剂含量较低
4.初黏性低
5.价格高，工艺较复杂
一.耐水性的改进方法和结果分析 聚氨酯的分子链上引入亲水链接才能使其分散在 水中, 这导致了水性聚氨酯的耐水性差。
1. 交联改性（三官能团，交联剂，紫外线接枝） 2. 调节物料的种类及配比 3. 优化复合改性。
一般采用外加增黏剂或采用树脂复合改性。 大日本油墨公司 采用引入环氧树脂的方法制得了
初黏性良好的产品。
1.进一步开发固含量高、对固化剂分散性强的水 性羟基树脂, 以利于施工, 同时减少涂膜干燥时间
2.改变合成条件, 引入最少量的亲水链段或亲水 基团到多异氰酸酯上, 使之既具有良好的水分散性, 又最大程度地保留NCO 官能团, 这样可有效解决
4
溶剂型聚氨酯
水性聚氨酯 • 环境友好型
• 环境污染
• 较高的voc含量 • 易燃，气味大
• 低voc含量
• 不燃，气味小
水性聚氨酯涂料是一种新的环境友好型涂料。
主要特点是以水为介质，并具有溶剂型聚氨酯
涂料的高性能和低VOC（挥发性有机化合物）， 成为涂料领域的研究热点
2.多异亲酸酯的固化剂的改性。 外乳化法：乳化剂的外部包裹。但乳化剂量大，颗粒大，耐 水性不佳等 内乳化法：化学改性。 德国的拜耳公司 3.使用活性小的固化剂，脂肪族异氰酸酯，保光性好，但固化慢
物体和压敏胶黏带黏性面之间以微小压力发生短暂接 触时, 胶黏带对物体的黏附作用称为初黏性,它是水性聚氨 酯的一个重要的性能指标。
李芝华等研究了用丙烯酸树脂改性的水性聚氨 酯耐水性特征, 研究结果表明通过聚氨酯与丙烯 酸树脂机械共混能一定程度提高其耐水性
无机的纳米级的添加剂的加入，使加强聚氨酯
的交联程度，提高耐水性。
以水为介质的原因 解决Hale Waihona Puke Baidu法： 1.提高水性聚氨酯的固含量
2.添加少量挥发性快的有机溶剂
1.水性多元醇体系的改性，促使异亲酸酯固化剂在水中含量提高和 稳定存在
加入使聚氨酯产生交联结构, 有利于提高涂膜的耐水性, 但过多
的TMP会在相同DMPA 用量下降低涂膜的耐水性; 采用适量的 EDA 扩链可提高聚氨酯涂膜的耐水性, 但过量的EDA 会影响涂 膜的耐水性。 最简单的方法就是提高水性固化剂的含量
利用丙烯酸酯、环氧树脂、有机硅、有机氟和生物质原料 的优良性能对水性聚氨酯改性, 降低胶膜的表面张力, 增大胶膜 与水的接触角, 从而降低水分子的渗入与扩散以提高水性聚氨酯 的耐水性。
说明亲水基团二羟甲基丙酸（DMPA）的含量越高，水解速 度越快 ，而聚醚类的水性聚氨酯降解程度比较小。
黄玉科等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DMPA 亲水扩链剂、三羟甲基丙( TMP）交 联剂和乙二胺( EDA )对水性聚氨酯涂膜耐水性的影响, 结果表明 水性聚氨酯涂膜的耐水性随着DMPA 用量的增加而下降; TMP的
涂膜耐水性不佳的问题。
3.利用聚氨酯分子的可设计特性, 在聚氨酯链 上引入特殊功能的分子结构, 如含氟、含硅聚合物 链, 这样可使涂膜具有更多的功能性如优异的表面
性能、耐高温性、耐水性及耐候性等。
谢
谢
1.聚氨酯材料的简介
2.溶剂型和水性聚氨酯优缺点比较
3.目前水性聚氨酯存在的问题及
改进方法 4.发展方向
聚氨酯又称聚氨基甲酸酯，主链中还有
-NH-COO-的结构的化合物。 聚氨酯大分子中除了氨基甲酸酯外，还可能有 醚，酯，脲，缩二脲的基团。使聚氨酯具有优良的 性能，得到广泛的应用
1.耐水性不佳
2.干燥固化速度慢 3.固化剂含量较低
4.初黏性低
5.价格高，工艺较复杂
一.耐水性的改进方法和结果分析 聚氨酯的分子链上引入亲水链接才能使其分散在 水中, 这导致了水性聚氨酯的耐水性差。
1. 交联改性（三官能团，交联剂，紫外线接枝） 2. 调节物料的种类及配比 3. 优化复合改性。
一般采用外加增黏剂或采用树脂复合改性。 大日本油墨公司 采用引入环氧树脂的方法制得了
初黏性良好的产品。
1.进一步开发固含量高、对固化剂分散性强的水 性羟基树脂, 以利于施工, 同时减少涂膜干燥时间
2.改变合成条件, 引入最少量的亲水链段或亲水 基团到多异氰酸酯上, 使之既具有良好的水分散性, 又最大程度地保留NCO 官能团, 这样可有效解决
4
溶剂型聚氨酯
水性聚氨酯 • 环境友好型
• 环境污染
• 较高的voc含量 • 易燃，气味大
• 低voc含量
• 不燃，气味小
水性聚氨酯涂料是一种新的环境友好型涂料。
主要特点是以水为介质，并具有溶剂型聚氨酯
涂料的高性能和低VOC（挥发性有机化合物）， 成为涂料领域的研究热点
2.多异亲酸酯的固化剂的改性。 外乳化法：乳化剂的外部包裹。但乳化剂量大，颗粒大，耐 水性不佳等 内乳化法：化学改性。 德国的拜耳公司 3.使用活性小的固化剂，脂肪族异氰酸酯，保光性好，但固化慢
物体和压敏胶黏带黏性面之间以微小压力发生短暂接 触时, 胶黏带对物体的黏附作用称为初黏性,它是水性聚氨 酯的一个重要的性能指标。
李芝华等研究了用丙烯酸树脂改性的水性聚氨 酯耐水性特征, 研究结果表明通过聚氨酯与丙烯 酸树脂机械共混能一定程度提高其耐水性
无机的纳米级的添加剂的加入，使加强聚氨酯
的交联程度，提高耐水性。
以水为介质的原因 解决Hale Waihona Puke Baidu法： 1.提高水性聚氨酯的固含量
2.添加少量挥发性快的有机溶剂
1.水性多元醇体系的改性，促使异亲酸酯固化剂在水中含量提高和 稳定存在
加入使聚氨酯产生交联结构, 有利于提高涂膜的耐水性, 但过多
的TMP会在相同DMPA 用量下降低涂膜的耐水性; 采用适量的 EDA 扩链可提高聚氨酯涂膜的耐水性, 但过量的EDA 会影响涂 膜的耐水性。 最简单的方法就是提高水性固化剂的含量
利用丙烯酸酯、环氧树脂、有机硅、有机氟和生物质原料 的优良性能对水性聚氨酯改性, 降低胶膜的表面张力, 增大胶膜 与水的接触角, 从而降低水分子的渗入与扩散以提高水性聚氨酯 的耐水性。
说明亲水基团二羟甲基丙酸（DMPA）的含量越高，水解速 度越快 ，而聚醚类的水性聚氨酯降解程度比较小。
黄玉科等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DMPA 亲水扩链剂、三羟甲基丙( TMP）交 联剂和乙二胺( EDA )对水性聚氨酯涂膜耐水性的影响, 结果表明 水性聚氨酯涂膜的耐水性随着DMPA 用量的增加而下降; TMP的
涂膜耐水性不佳的问题。
3.利用聚氨酯分子的可设计特性, 在聚氨酯链 上引入特殊功能的分子结构, 如含氟、含硅聚合物 链, 这样可使涂膜具有更多的功能性如优异的表面
性能、耐高温性、耐水性及耐候性等。
谢
谢