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解說“水性聚氨酯“及”水性聚氨酯涂料”的分類和應(yīng)用

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2019/1/29 瀏覽次數(shù)：

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進入90年代，隨著人們環(huán)保意識以及環(huán)保法規(guī)的加強，環(huán)境友好的水性聚氨酯的研究、開發(fā)日益受到重視，其應(yīng)用已由皮革涂飾劑不斷擴展到涂料、黏合劑等領(lǐng)域，正在逐步占領(lǐng)溶劑型聚氨酯的市場，代表著涂料、黏合劑的發(fā)展方向。令人奇怪的是,在水性樹脂中, 水性聚氨酯仍然也是優(yōu)秀樹脂的代表,是現(xiàn)代水性樹脂研究的熱點之一。

水性聚氨酯是以水代替有機溶劑作為分散介質(zhì)的新型聚氨酯體系，也稱水分散聚氨酯、水系聚氨酯或水基聚氨酯。水性聚氨酯以水為溶劑，無污染、安全可靠、機械性能優(yōu)良、相容性好、易于改性等優(yōu)點。

聚氨酯樹脂的水性化已逐步取代溶劑型，成為聚氨酯工業(yè)發(fā)展的重要方向。水性聚氨酯可廣泛應(yīng)用于涂料、膠粘劑、織物涂層與整理劑、皮革涂飾劑、紙張表面處理劑和纖維表面處理劑。

水性聚氨酯簡單分類

按粒徑和外觀分可分為聚氨酯水溶液(粒徑<0.001微米，外觀透明)、聚氨酯水分散體(粒徑:0.001-0.1微米，外觀半透明)、聚氨酯乳液(粒徑>0.1微米，外觀白濁);

依親水性基團的電荷性質(zhì)，水性聚氨酯可分為陰離子型水性聚氨酯、陽離子型水性聚氨酯和非離子型水性聚氨酯。其中陰離子型最為重要，分為羧酸型和磺酸型兩大類。

依合成單體不同水性聚氨酯可分為聚醚型、聚酯型和聚醚、聚酯混合型。依照選用的二異氰酸酯的不同，水性聚氨酯又可分為芳香族和脂肪族，或具體分為TDI型、HDI型等等。

依產(chǎn)品包裝形式水性聚氨酯可分為單組分水性聚氨酯和雙組分水性聚氨酯。

水性聚氨酯整個合成過程可分為兩個階段。第一階段為預(yù)逐步聚合，即由低聚物二醇、擴鏈劑、水性單體、二異氰酸酯通過溶液逐步聚合生成相對分子質(zhì)量為l000量級的水性聚氨酯預(yù)聚體;第二階段為中和后預(yù)聚體在水中的分散。

水性PU因其具有環(huán)保作用，雖然歷史不長，但發(fā)展非常迅速。

水性聚氨酯包括聚氨酯水溶液、水分散液和水乳液三種，為二元膠態(tài)體系，聚氨酯(PU)粒子分散于連續(xù)的水相中，也有人稱水性PU或水基PU。

水性聚氨酯涂料

水性聚氨酯涂料是以水性聚氨酯樹脂為基料并以水為分散介質(zhì)的一類涂料。通過交聯(lián)改性的水性聚氨酯涂料具有良好的貯存穩(wěn)定性、涂膜機械性能、耐水性、耐溶劑性及耐老化性能，而且與傳統(tǒng)的溶劑型聚氨酯涂料的性能相近，是水性聚氨酯涂料的一個重要發(fā)展方向。品種主要包括熱固型聚氨酯涂料和含封閉異氰酸酯的水性聚氨酯涂料等幾個品種。

⑴熱固型聚氨酯涂料。

交聯(lián)的聚氨酯能增加其耐溶劑性及水解穩(wěn)定性。聚氨酯水分散體在應(yīng)用時與少量外加交聯(lián)劑混合組成的體系叫熱固型水性聚氨酯涂料，也叫做外交聯(lián)水性聚氨酯涂料。使用的交聯(lián)劑主要有多官能團的氮丙啶、氨基樹脂(三聚氯胺樹脂)或?qū)Ｓ玫沫h(huán)氧樹脂等。采用氮丙啶，一般用量為聚氨酯質(zhì)量的3%-5%，就有很好的交聯(lián)薄膜生成;

⑵含封閉異氨酸酯的水性聚氨酯涂料。

該涂料的成膜原料由多異氰酸酯組分和含羥基組分兩部分組成。多異氰酸酯被苯酚或其它含單官能團的活潑氫原子的化合物所封閉，因此兩部分可以合裝而不反應(yīng)，成為單組分涂料，并具有良好的貯藏穩(wěn)定性。多異氰酸酯組分與苯酚、丙二酸酯、己內(nèi)酰胺等封閉劑反應(yīng)生成氨酯鍵，而氨酯鍵在加熱的情況下又裂解生成異氰酸酯，再與羥基組分反應(yīng)生成聚氨酯。因此封閉型聚氨酯水性涂料的成膜就是利用不同結(jié)構(gòu)的氨酯鍵的熱穩(wěn)定性的差異，以較穩(wěn)定的氨酯鍵來取代較弱的氨酯鍵。封閉劑的種類很多，但是芳香族異氰酸酯水性聚氨酯涂料主要用苯酚或甲酚。脂肪族水性聚氨酯漆則不用酚類，以免變色，可采用乳酸乙酯、己內(nèi)酰胺、丙二酸二乙酯、乙酰丙酮、乙酰乙酸乙酯等;

⑶室溫固化水性聚氨酯涂料。

對于某些熱敏基材和大型制件，不能采用加熱的方式交聯(lián)，必須采用室溫交聯(lián)的水性聚氨酯涂料。美國空氣產(chǎn)品和化學公司報道，通過與水分散性多異氰酸酯結(jié)合，可以改進水性端羥基聚氨酯預(yù)聚物/丙烯酸酯混合物，尤其是羥基丙烯酸酯混合物的性能。此類水性聚氨酯涂料，采用特制的多異氰酸酯交聯(lián)劑，即含(-NCO)端基的異氰酸酯預(yù)聚物，經(jīng)親水處理后分散于各種含羥基聚合物中而形成的分散體，與多種含羥基聚合物水分散體組成能在室溫固化的聚氨酯水性涂料;

⑷光固化水性聚氨酯涂料。

光固化水性聚氨酯涂料采用電子束輻射、紫外光輻射的高強度輻射引發(fā)低活性的聚物體系產(chǎn)生交聯(lián)固化，以紫外光固化形式為主。先用不飽和聚酯多元醇制備預(yù)聚物，然后用常規(guī)的方法引進粒子基團，經(jīng)親水處理后制得在主鏈上帶雙鍵的聚氨酯水分散體，再與易溶的高活性三丙烯酸烷氧基酯單體、光敏劑等助劑混合得到光固化水性聚氨酯涂料;

⑸第三代水性聚氨酯涂料(PUA)。

恒天新材料所研發(fā)的聚氨酯(PU)乳液和聚丙烯酸(PA)乳液同其溶劑型產(chǎn)品相比，具有價廉，安全，不燃燒，無毒，不污染環(huán)境等優(yōu)點。純PA乳液存在耐磨性、耐水性和耐化學品性差的缺陷，單一的PU乳液也存在一些不足，如穩(wěn)定性、白增稠性和膜的保光性差，固含量高，應(yīng)用范圍不廣等。PU和PA在性質(zhì)上具有互補作用。PUA復(fù)合乳液兼?zhèn)淞硕叩膬?yōu)點，具有耐磨、耐腐蝕和光亮，柔軟有彈性，耐水性和機械力學性能好，耐候性佳等特性，因此被譽為"第三代水性聚氨酯"，成為當今涂料的一個發(fā)展趨勢。

水性聚氨酯具有非常多的優(yōu)點，所以被廣泛應(yīng)用在:涂料、油墨、膠粘劑、皮革涂飾劑、人造革、手套潤滑劑等方面。以皮革涂飾劑為例:涂飾是皮革制造過程中的一個重要環(huán)節(jié)。它可增加皮革的美觀和耐用性能，提高檔次，增加花色品種、擴大使用范圍。其中聚氨酯類涂飾劑的成膜性能好、遮蓋力強、粘結(jié)牢固，涂層的物理性能優(yōu)異，可大大提高成革的等級，為此受到高度重視和廣泛的關(guān)注。

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