水性聚氨酯的合成

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1、水性聚氨酯的合成水性聚氨酯的合成第一章前言1.1聚氨酯1.2水性聚氨酯1.3水性聚氨酯的合成1.4水性聚氨酯的应用1.5前景水性聚氨酯的合成1.1聚氨酯1.1.1聚氨酯的简介聚氨酯的结构它由多异氰酸酯（如，二异氰酸酯OCN-R-NCO）与多元醇（如，二元醇HO-R-OH）反应而成，其中氨基甲酸酯链段是重复的结构单元。聚氨酯结构中具有类似酰胺基团及酯基团的结构，因此，聚氨酯的化学与物理性质介于聚酰胺和聚酯之间。水性聚氨酯的合成1.2水性聚氨酯水性聚氨酯(WaterbornePolyurethane，简称

2、WPU)是以水为介质的二元胶态体系，包括聚氨酯水溶液、水分散液和水乳液三种。聚氨酯粒子分散于连续的水相中，也称之为水性PU或水基PU。它具有无毒，不易燃烧，不污染环境，节能，安全可靠，不易损伤被涂饰表面，易操作和改性等优点。水性聚氨酯的合成1.2.1水性聚氨酯的分类以外观分，水性聚氨酯可分为聚氨酯水溶液（粒经<1nm）、聚氨酯分散体（粒经1nm～100nm）和聚氨酯乳液（粒经>100nm）。以亲水性基团的电荷性质分，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。以合成单体

3、分水性聚氨酯可分为聚醚型、聚酯型和聚醚、聚酯混合型。以产品包装形式分水性聚氨酯可分为单组分水性聚氨酯和双组分水性聚氨酯。水性聚氨酯的合成1.3.1水性聚氨酯的合成原料1.3.1.1多异氰酸酯水性聚氨酯合成的多异氰酸酯包括芳香族和脂肪族两大类。芳香族主要有TDI（甲苯二异氰酸酯）、MDI（二苯基甲烷二异氰酸酯）；脂肪族主要有HDI（六亚甲基二异氰酸酯）、IPDI（异佛尔酮二异氰酸酯）。水性聚氨酯的合成1.3.1水性聚氨酯的合成原料1.3.1.2低聚物多元醇水性聚氨酯合成用低聚物多元醇主要包括聚醚型、聚酯

4、型两大类，它构成聚氨酯的软段。1.3.1.3扩链剂为了调节分子量及软、硬段比例，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。1.3.1.4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功能单体。该类扩链剂中带有羧基、磺酸基或叔胺基，结合有此类基团的聚氨酯经中和、离子化，即呈现水溶性。水性聚氨酯的合成1.3.1水性聚氨酯的合成原料1.3.1.5中和剂（成盐剂）中和剂是一种能和羧基、磺酸基或叔胺基成盐的试剂。水性聚氨

5、酯使用的中和剂是三乙胺、氨水、盐酸及醋酸等。1.3.1.6溶剂水性聚氨酯预聚体制备时粘度较大，为方便传质、传热，尤其是后期的乳化，必须加入适当的溶剂。1.3.1.7水水性聚氨酯中水是分散介质，为提高稳定性，此时应使用去离子水或蒸馏水。水性聚氨酯的合成1.3.2水性聚氨酯的合成1.3.2.1合成机理水性聚氨酯的合成可分为两个阶段：第一阶段为预逐步聚合，即由低聚物二醇、扩链剂、水性单体、二异氰酸酯通过溶液逐步聚合生成分子量为103量级的水性聚氨酯预聚体；第二阶段为中和后预聚体在水中的分散。根据扩链反应的不

6、同，自乳化法主要有丙酮法和预聚体分散法。水性聚氨酯的合成1.3.2水性聚氨酯的合成1.3.2.2乳化原理利用中和剂或成盐剂，使水性聚氨酯的侧基(COOH)或叔氨基(NR3)在高速搅拌作用下分散于水中。中和剂或成盐剂的选择原则是:使树脂稳定性好，色浅外观好且经济易得。乳化过程中，理想的状态是聚氨酯大分子链上的疏水部分曲卷聚集在乳胶中心。亲水基团分布在乳胶粒表面并指向外围水相，粒子界面上离子结合体的分裂作用形成双电层，通过化学键连接在聚氨酯骨架上的阴（阳）离子保留固定在粒子表面，而离子则迁移至粒子周围的水

7、相中，在微球表面形成N电势的电荷层，从而加强了水分散体的稳定性。水性聚氨酯的合成1.3.2水性聚氨酯的合成1.3.2.3制备方法(1)丙酮法(相转变法)该方法是在丙酮中合成带有亲水基团的PU预聚体，慢慢加水，达到一定量时发生相转变，水成为连续相，而被溶剂溶胀的PU粒子成为不连续相，成为PU水分散液，在加水前可以将-NCO封闭起来，使用时加热交联。(2)预聚物混合法(固体自分散法)该方法是先制备带有亲水基团的端-NCO预聚物，然后分散在水中，制成水分散体，此法需加少量溶剂，使其粘度下降。(3)融熔分散法

8、先制成含亲水基团的-NCO封端预聚物，与尿素反应，生成亲水性的缩二脲预聚物，分散在水中，与甲醛反应进行扩链或交联。(4)酮亚胺&酮连氮法该方法使用封闭型二元胺(酮亚胺或酮连氮)作为潜扩链剂加到亲水性-NCO能封端预聚物中，二者不会发生作用，当水分散该混合物时，由于酮亚胺的水解速度比-NCO与水的反应速度快，释放出二元胺与预聚物反应，生成扩链的聚氨酯2脲。水性聚氨酯的合成1.3.3水性PU的性能改进1.3.3.1内交联该方法是在合成水性PU时，引入三维结构