水性聚氨酯的改性研究进展

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1、水性聚氨酯的改性研究进展摘要本文介绍了我国聚氨酯的发展概况及水性聚氨酯的优点和存在的问题。综述了水性聚氨酯的改性研究进展，重点讨论了环氧树脂改性、有机硅改性、聚丙烯酸改性和有机氟改性。各种改性技术均能够显著提高水性聚氨酯的综合性能，拓宽了其应用领域。关键词水性聚氨酯改性研究进展聚氨酯（（Polyurethane,简称PU）是指含有重复的氨基甲酸酯键（NHC00）的一类高分子材料，是聚氨基甲酸酯的简称。聚氨酯树脂制成的产品有泡沫塑料、弹性体、涂料、胶粘剂、纤维、合成皮革等。广泛应用于机电、船舶、轻工及纺织部门，产品与品种逐年递增，是具有重大应用价值的先进高分子材料，已经成为当代高分子材料屮甜种最

2、多、用途最广、发展最快的一种新型有机材料。我国聚氨酯工业始于20世纪50年代末60年代初，至今已50年左右。自1936年德国化学家Otto.Bayer等在研究异氟酸酯的加成聚合反应过程中，首先合成出含有氨基甲酸酯特性基团的化合物。在第二次世界大战期间聚氨酯技术得到了发展，20世纪50年代以来，冇关聚氨酯的新甜种、新工艺、新装备大量涌现，逐渐形成了成熟、完整的聚氨酯工业体系。据中国PU工业协会统计，1991年我国PU行业产量为15万t,1998年为77万t,而2011年我国PU行业产量达到T700万t,生产和消费规模居世界首位。预测我国在“十二五”期间，PU产品年消费量将达到900万t〜1000

3、万t,实现产值将达到2700亿〜4000亿元。水性聚氨酯（WPU）是相对于溶剂型聚氨酯而言的，它是聚氨酯粒子分散在连续相（水）屮的二元胶体体系。目前市场上大多数为溶剂型聚氨酯树脂，含有大量的有机溶剂和一定量的游离界氛酸酯，影响人们的身体健康和生活环境。随着各国环保法规对VOCCvolatileorganiccompounds）排放量的限制以及对环保的重视，水性聚氨酯得到了较快的发展，己在织物、皮革、黏合剂等领域得到了广泛应用，正逐步替代溶剂型聚氨酯。一、水性聚氨酯存在的问题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，具有弹性、耐磨性、韧性、附着力和低温抗冲击性优异、VOC含量低，

4、节能环保等优点。水性聚氨酯虽然具有很多优良性能，但其还存在着很多不足,如涂膜的耐水性不好，乳液稳定性、自增稠性、固含量等方面的性能不够理想，且机械强度不高，特别是硬度不够高。分析引起这些问题的主要原因包括以下儿个方面：水性聚氨酯由于主链或侧链引入亲水基因从而使所形成的涂膜具有较高的表面能，通过成盐的方法虽然使聚氨酯可以分散在水相中，但是止是由于这些基团的存在使得水性聚氨酯耐水性、耐溶剂性、耐化学品性以及机械强度等性能变差。与有机溶剂相比，水的蒸发潜热很大（约540cal/g）,为了加快成膜过程屮水分的蒸发需要高温，因此就需要投入人量能量。水的表面张力很高（约72dtne/cm2）,虽然添加助溶

5、剂和表面活性剂可以降低表面张力，但是添加助溶剂会增加VOC的排放，添加表面活性剂会促使水性配方中被分散的成分稳定化，从而使夹带气泡的水-空气界面稳定化，因而产生泡沫，导致形成针孔。同时水的高导电性也会引起各种问题。由于水性聚氨酯的这些缺陷，□前使用的水性聚氨酯基本上都是经过改性的。聚氨酯的改性冇很多种，包括环氧树脂改性、冇机硅改性、聚丙烯酸改性、有机氟改性等。木文主耍对其改性技术进行了综述。二、水性聚氨酯的改性1・环氧树脂改性水性聚氨酯。环氧树脂（EP）材料具有高模量、高强度、易固化、黏附力强、化学稳定性好、价格低等优点，但其柔韧性、耐磨性不及WPU,因此，采用EP改性WPU可将两者的优良性能

6、冇机结合。利用EP改性WPU的方法主要有两种，一种是物理共混法，该方法是将EP均匀的分散到WPU预聚体中，两者Z间并没有化学键的结合，最终将共混物在水中乳化；另一种是化学共聚法，该方法是EP开环后形成端轻基化合物与WPU进行共聚反应，得到的预聚体再在水中乳化。实验证明，采用化学共聚法制备的WPU乳液的稳定性不及物理共混法。杜鹃研究了环氧树脂用量对乳液外观、乳液贮存稳定性等的影响情况，结果表明，随着EP用量的增加，乳液外观由乳白透明变为乳白色，由于当EP用量较多时，分散体的粒径大，阻碍了光线的透过，所以乳液呈发白现象。同时，随着EP用量的增加乳液黏度增大，贮存稳定性下降,低温柔韧性变差，吸水率减

7、小。因为增加EP用量即增加了分子屮交联结构，耐水性也就会越好。随着EP用量的增加，硕段含量增大，硕度增人,低温柔韧性也就会变差。李辉采用E-51环氧树脂为改性剂，得到了聚醛型环氧树脂改性WPU乳液。当环氧树脂E-51质量分数为4%时改性产品的性能最佳，该产品具有耐水性好、拉伸强度高等特点。2.有机硅改性水性聚氨酯。有机硅材料是分子结构中含有硅元索的高分子合成材料，主链是一条键交替组成的稳定骨架，有