水性聚氨酯及水性制品

水性聚氨酯材料概述

水性聚氨酯材料的性质

聚氨酯的分子链一般由两部分组成，可看作是一种含软链段和硬链段的嵌段 共聚物。软段由低聚物多元醇(通常是聚醚或聚酯二醇)组成，硬段由多异氰酸酯 或其与小分子扩链剂组成。聚氨酯材料因其独特的化学结构而具备许多独特的性能:

(1）聚氨酯中含有很强极性和化学极性的异氰酸根(-NCO)和氨酯基团 (-NHCOO-)，与含有活泼氢的材料，如泡沫塑料、木材、皮革、纸张、陶瓷等多 孔材料和金属、玻璃、橡胶、塑料等表面光洁的材料都有优良的粘合力。而聚氨 酯与被粘材料之间产生的氢键作用使分子内聚力增强，使得粘合更加牢固，并且 抗磨性、耐冲击性好。脂肪族聚氨酯水分散体户外耐久性好，综合性能接近于溶 剂型聚氨酯涂料。

(2）聚氨酯水分散体树脂的分子结构和大小根据性能要求，可在较大范围 内调节。通过调节聚氨酯分子中软、硬段的比例及结构，可以制成不同硬度和伸 长率的材料，从而满足不同的需要。

(3）容易通过交联反应进行改性，以提高耐溶剂性和抗化学品性，改进耐 水性，也可以提高涂膜光泽，以及对颜料(包括金属颜料)的良好适应性。所含羟 基官能团可以使用一些交联剂和固化剂，以进一步改进涂膜性能。和其它水分散 体如丙烯酸、乙烯类、醇酸树脂等混合性好，为改进性能提供了更好的途径。

(4）水性聚氨酯大大减少VOC，接近环境友好型涂料，是在水中完成反应 的聚合物，不存在游离异氰酸酯，毒性小。

水性聚氨酯材料的合成

水性聚氨酯乳液是将聚氨酯以微粒状分散于水中，不同于其它水系树脂采 用先分散后聚合的方法它具有独特的制备技术，通常采用两种方法:外乳化和自 乳化法。

A、外乳化法:像其它疏水化合物一样，聚氨酯预聚物可通过适当的分散 剂和强剪切力使其在水中乳化。先将二元醇和有机异氰酸酯反应合成聚氨酯预 聚体，再以小分子二元醇或二胺扩链，得到PU的有机溶液，然后在强烈搅拌下， 缓慢加入到含乳化剂的水中,形成粗粒乳液，再送人均化器形成粒径适当的乳液。 该方法乳化剂用量大，乳化时间长，乳液稳定性差。

B、自乳化法:PU乳液的制备多采用聚合物乳化法，即在聚合物链上引入 适量的亲水基团，在一定条件下自发分散形成乳液。根据扩链反应的不同，自乳 化型PU乳液的制备工艺有很多种，其中最为重要的有两种:丙酮法和预聚体分 散法(或称预聚体混合法)。
自乳化型聚氨酯在分子主链上引入了亲水基团，能够在机械力的作用下分散 在水中，形成稳定的聚氨酯乳液，从而避免了外乳化法制备水性聚氨酯时所使用 的乳化剂。

由于乳液聚合方法有其独特的优点，目前，乳液聚合理论研究己取得很大进 步，乳液聚合技术也在不断创新，派生出不少乳液聚合新分支，出现了许多乳液 聚合新方法，如核/壳乳液聚合、无皂乳液聚合、微乳液聚合、反相乳液聚合以 及辐射乳液聚合等。

水性聚氨酯涂料的发展方向

水性聚氨酯涂料具有干燥时间短、外观好、耐溶剂性好等特点，具有良好的 耐低温性和耐化学品性的水性聚氨酯皮革涂料，已取代传统溶剂型丙烯酸皮革涂 饰剂、硝基纤维素涂饰剂，成为皮革涂料的主要品种。

但水性聚氨酯涂料的性能尚有不足之处，主要对于环氧树脂的基体改性研 究，目前主要从刚性无机填料改性、弹性体增韧改性、热塑性塑料改性环氧树脂 和液晶改性环氧树脂四个方向开展研究。表现在耐水性方面。另外在施工与应用 性能方面也不尽人意，如双组分水性聚氨酯涂料干燥速度慢;与水反应产生的 COz气泡残留在涂膜中;成本高，价格贵;水性涂料对铁质基材可能引起的“闪 蚀";体系表面张力大引起对基材和颜料润湿性较差等。新型的PU乳液正朝着 功能化、复合化方向发展，通过在体系中引入各种功能性的成分，合成具有特殊 性能的复合乳液，前景广阔。目前，PU与聚硅氧烷、环氧树脂、丙烯酸酯和纳 米材料的复合乳液的研究最为活跃。