阳离子水性聚氨酯的研究进展
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瞿金清 等 以二异氰酸酯 、 聚酯 多元醇和 Ⅳ一甲基
化生产带来困难。但阳离子型水性聚氨酯的骨架 上带有阳离子 ， 使其具有独特的性能 ， 在皮革 、 涂 料、 纺织和造纸等领域有着较广泛的应用。此外 ， 阳离 子水性 聚氨 酯对 水 的 硬度 不 敏感 ， 以在 酸 可 性条件下使用。因此 ， 性能优异的阳离子水性聚 氨酯的市场前景非常广阔。
在各领域的应用进行 了介绍。
关键词 ： 阳离子 水性聚氨酯 合成
改性
研究
中图分类号： Ｑ ２ ． Ｔ ３３８ 文献标识码 ： Ａ
文章编号 ： １７ ６４—１９ （０ １０ ００ ０ ０ ９ ２ １ ）６— ０ ６— ６
由于环保 要求 ， 水性 聚氨 酯 （ Ｕ） ＷＰ 的应 用 范
１ 合成 方法 及机理
二乙醇胺为主要原料制备聚氨酯乳液。
２ 合成方 法 的选 择 阳离子 水性 聚氨 酯 的合 成与 阴离子 水性 聚氨 酯合 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 ， 而是 采用伯 醇 有熔 融法 、 丙酮 法和保 护端基 法 。
收 稿 日期 ：Ｏ １一ｌ－１ 。 ２ｌ Ｏ ９
熔融 法是 无 溶 剂 制 备 水 性 聚 氨 酯 的 重 要 方
作者简介 ： 方舟 ， １８ 年 出生 ， 男， ３ ９ 毕业于太原理 工大学 ， 目前 华东理 工大学博士研 究生在读 ， 主要从事聚氨酯的应 用研 究
及 开发 。
第 ６期 （０ １ ２ １）
围越来越广。水性聚氨酯根据其引入的基团带 电
性不 同 ， 可分 为 阴离 子 型 、 阳离 子型 、 离子 型 和 非
素化合物 ； 另一种是选用叔胺化合物。采用 卤素 元素化合物引入 阳离子， 该机理是在初聚体 中加
入 卤素元 素 化合 物 （ ２ ３一二溴 丁 二酸 ） 如 ， 扩链 ，
一
化， 搅拌离子化并分散到水中， 高速剪切乳化 ， 然 后 调节 ｐ 值 至 ６—７ 即得 阳离 子 乳 液 ， 朱 春 Ｈ ， 如
风 用 卤素元 素化 合 物 引 入 阳离 子 的 方 法 开 发 了 Ｒ ９５阳离子水 性 聚氨酯 。 Ｋ一 １ 采用叔胺化 合物 引入 阳离 子 的不 同在扩 链使
摘 要 ： 随着环保要求的逐步提高 ， 水性聚氨酯越来越受关注 ， 阳离子水性聚氨酯骨架上带有 特殊的正电
荷， 在合成革、 涂饰剂 、 制鞋、 涂料 ， 胶黏剂等领域有着优异的应用性能 。综述 了阳离 子水 性聚氨酯的合成机 理及工艺 ， 对阳离子水性聚氨酯的国内外发展现状及 其各种改性方 法进行 了概述 ， 并对 阳离子水 性聚氨酯
方舟等 ．阳离子水性聚氨酯的研究进展
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 ， 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 ， 和 甲醛反 应 生 成 甲醇 基 ， 过 降 低 ｐ 再 通 Ｈ 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 了分 子 量 快 速 增 长 而 带 来 的 问题 ， 艺 简 单 ， 于 控制 ， 不 需 要 特殊 工 易 也 设 备 。但是 该 法合成 水性 聚 氨酯需 要特别 强 的搅 拌， 因为 即使 在 １０℃左 右 的温度 下 ， 聚体 的黏 ０ 预 度 也很 高 。用该 法制 得 的水性 聚氨 酯通 常是 枝化
然后 再加 入如三 乙胺之 类 的季胺化 试剂进 行季 胺
两性 型 ， 引入 的亲水 基 团 为羧 基 和磺 酸 基 的属 阴
离子 型 ， 亲水 基 团是叔胺 基 的属 阳离子 型 ， 亲水 基
wenku.baidu.com
团为水溶 性 的聚 乙二 醇或采用 含氧化 乙烯链 节 的 亲水 性共 聚 醚 的属 非离 子 型 。 目前 ， 于 阴离 子 对 水性 聚氨酯 的研 究 报 道非 常 多 ， 产 品也 已实 现 其 了工业化 －Ｊ但对 阳离 子水 性 聚 氨 酯 的研 究 报 ２， 道 还相对 较少 。这主要 是 因为 阳离子 水性 聚氨酯
般为季铵盐型 ， 将预聚体进行季铵盐化 的工序 比较 复杂 ， 成本 较 高 ， 乳化 产 品不 够 稳定 ， 工业 给
用叔胺化合物（ Ⅳ一 如 甲基二乙醇胺）扩链后再加 ， 入 离子化试剂 如 乙酸 ， 搅拌 离 子化 ， 将离 子化 后 的 聚氨酯分散到水 中， 高速剪切乳化得 到阳离子乳 液 。该方法也是 目前 大多数研究所采用 的方法 ， 如
石 油 化 工 技 术 与 经 济
Ｔ ｃ ｎ ｌｇ ｅ ｈ ｏ ｏ ｙ＆ Ｅ ｏ ｏ ｃ ｎ Ｐ ｔ ｃ ｅ ｃ ｌ ｃ ｎ ｍｉｓ ｉ ｅ ｒ ｈ ｍｉ ａｓ ｏ
第２ 卷 ７
第６ 期
２１ 年 １ 月 ０１ ２
阳离 子水 性 聚氨 酯 的研究 进 展
方 舟 董 擎之
（ 东理工 大 学， 海 ２０３ ） 华 上 ０２７
２ １ 熔 融法 ．
阳离子 型水性 聚氨酯是 通过将 叔胺 官能 团引 一 或 小分子 多元醇 。阳离子水 性 聚氨酯 的合成 主要 入到 聚氨酯 的大分 子 中而 制得 的。 阳离 子水性 聚 氨酯通 常是用 含 叔胺 基 的 二醇 作 亲水 扩 链 剂 ， 再 用季胺 化试剂 或合适 的酸进 行季铵 化而 得到离 子 基 团 。和油性 体 系聚 氨 酯合 成 一样 ， 水性 聚 氨 酯 的合 成可 根 据 用 途 等 不 同选 用 不 同类 型 的 多 元 醇、 二异 氰 酸酯 、 链 剂 、 和剂及 合 成 方法 进 行 扩 中 合成 。合成 过程 中 ， 据所选 亲水扩链 剂 的不 同 ， 根 合成 方法大 致可 以分 为 两 种 ： 种 是选 用 卤素元 一
化生产带来困难。但阳离子型水性聚氨酯的骨架 上带有阳离子 ， 使其具有独特的性能 ， 在皮革 、 涂 料、 纺织和造纸等领域有着较广泛的应用。此外 ， 阳离 子水性 聚氨 酯对 水 的 硬度 不 敏感 ， 以在 酸 可 性条件下使用。因此 ， 性能优异的阳离子水性聚 氨酯的市场前景非常广阔。
在各领域的应用进行 了介绍。
关键词 ： 阳离子 水性聚氨酯 合成
改性
研究
中图分类号： Ｑ ２ ． Ｔ ３３８ 文献标识码 ： Ａ
文章编号 ： １７ ６４—１９ （０ １０ ００ ０ ０ ９ ２ １ ）６— ０ ６— ６
由于环保 要求 ， 水性 聚氨 酯 （ Ｕ） ＷＰ 的应 用 范
１ 合成 方法 及机理
二乙醇胺为主要原料制备聚氨酯乳液。
２ 合成方 法 的选 择 阳离子 水性 聚氨 酯 的合 成与 阴离子 水性 聚氨 酯合 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 ， 而是 采用伯 醇 有熔 融法 、 丙酮 法和保 护端基 法 。
收 稿 日期 ：Ｏ １一ｌ－１ 。 ２ｌ Ｏ ９
熔融 法是 无 溶 剂 制 备 水 性 聚 氨 酯 的 重 要 方
作者简介 ： 方舟 ， １８ 年 出生 ， 男， ３ ９ 毕业于太原理 工大学 ， 目前 华东理 工大学博士研 究生在读 ， 主要从事聚氨酯的应 用研 究
及 开发 。
第 ６期 （０ １ ２ １）
围越来越广。水性聚氨酯根据其引入的基团带 电
性不 同 ， 可分 为 阴离 子 型 、 阳离 子型 、 离子 型 和 非
素化合物 ； 另一种是选用叔胺化合物。采用 卤素 元素化合物引入 阳离子， 该机理是在初聚体 中加
入 卤素元 素 化合 物 （ ２ ３一二溴 丁 二酸 ） 如 ， 扩链 ，
一
化， 搅拌离子化并分散到水中， 高速剪切乳化 ， 然 后 调节 ｐ 值 至 ６—７ 即得 阳离 子 乳 液 ， 朱 春 Ｈ ， 如
风 用 卤素元 素化 合 物 引 入 阳离 子 的 方 法 开 发 了 Ｒ ９５阳离子水 性 聚氨酯 。 Ｋ一 １ 采用叔胺化 合物 引入 阳离 子 的不 同在扩 链使
摘 要 ： 随着环保要求的逐步提高 ， 水性聚氨酯越来越受关注 ， 阳离子水性聚氨酯骨架上带有 特殊的正电
荷， 在合成革、 涂饰剂 、 制鞋、 涂料 ， 胶黏剂等领域有着优异的应用性能 。综述 了阳离 子水 性聚氨酯的合成机 理及工艺 ， 对阳离子水性聚氨酯的国内外发展现状及 其各种改性方 法进行 了概述 ， 并对 阳离子水 性聚氨酯
方舟等 ．阳离子水性聚氨酯的研究进展
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 ， 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 ， 和 甲醛反 应 生 成 甲醇 基 ， 过 降 低 ｐ 再 通 Ｈ 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 了分 子 量 快 速 增 长 而 带 来 的 问题 ， 艺 简 单 ， 于 控制 ， 不 需 要 特殊 工 易 也 设 备 。但是 该 法合成 水性 聚 氨酯需 要特别 强 的搅 拌， 因为 即使 在 １０℃左 右 的温度 下 ， 聚体 的黏 ０ 预 度 也很 高 。用该 法制 得 的水性 聚氨 酯通 常是 枝化
然后 再加 入如三 乙胺之 类 的季胺化 试剂进 行季 胺
两性 型 ， 引入 的亲水 基 团 为羧 基 和磺 酸 基 的属 阴
离子 型 ， 亲水 基 团是叔胺 基 的属 阳离子 型 ， 亲水 基
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团为水溶 性 的聚 乙二 醇或采用 含氧化 乙烯链 节 的 亲水 性共 聚 醚 的属 非离 子 型 。 目前 ， 于 阴离 子 对 水性 聚氨酯 的研 究 报 道非 常 多 ， 产 品也 已实 现 其 了工业化 －Ｊ但对 阳离 子水 性 聚 氨 酯 的研 究 报 ２， 道 还相对 较少 。这主要 是 因为 阳离子 水性 聚氨酯
般为季铵盐型 ， 将预聚体进行季铵盐化 的工序 比较 复杂 ， 成本 较 高 ， 乳化 产 品不 够 稳定 ， 工业 给
用叔胺化合物（ Ⅳ一 如 甲基二乙醇胺）扩链后再加 ， 入 离子化试剂 如 乙酸 ， 搅拌 离 子化 ， 将离 子化 后 的 聚氨酯分散到水 中， 高速剪切乳化得 到阳离子乳 液 。该方法也是 目前 大多数研究所采用 的方法 ， 如
石 油 化 工 技 术 与 经 济
Ｔ ｃ ｎ ｌｇ ｅ ｈ ｏ ｏ ｙ＆ Ｅ ｏ ｏ ｃ ｎ Ｐ ｔ ｃ ｅ ｃ ｌ ｃ ｎ ｍｉｓ ｉ ｅ ｒ ｈ ｍｉ ａｓ ｏ
第２ 卷 ７
第６ 期
２１ 年 １ 月 ０１ ２
阳离 子水 性 聚氨 酯 的研究 进 展
方 舟 董 擎之
（ 东理工 大 学， 海 ２０３ ） 华 上 ０２７
２ １ 熔 融法 ．
阳离子 型水性 聚氨酯是 通过将 叔胺 官能 团引 一 或 小分子 多元醇 。阳离子水 性 聚氨酯 的合成 主要 入到 聚氨酯 的大分 子 中而 制得 的。 阳离 子水性 聚 氨酯通 常是用 含 叔胺 基 的 二醇 作 亲水 扩 链 剂 ， 再 用季胺 化试剂 或合适 的酸进 行季铵 化而 得到离 子 基 团 。和油性 体 系聚 氨 酯合 成 一样 ， 水性 聚 氨 酯 的合 成可 根 据 用 途 等 不 同选 用 不 同类 型 的 多 元 醇、 二异 氰 酸酯 、 链 剂 、 和剂及 合 成 方法 进 行 扩 中 合成 。合成 过程 中 ， 据所选 亲水扩链 剂 的不 同 ， 根 合成 方法大 致可 以分 为 两 种 ： 种 是选 用 卤素元 一