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扩链剂改性水性聚氨酯

来源:邵君( 先生,国内国际部经理 ) 发布时间:2017-2-24 22:53:29
水性聚氨酯材料是一种具有优异的机械耐磨性、软硬可调性、耐介质性和优良的装饰性能的材料。随着人们环保意识的增强,水性聚氨酯(WPU)以其无毒、价廉、安全、不燃等优点表现出巨大的市场前景,并有逐步取代溶剂型产品的趋势。

但是单一水性聚氨酯在其应用上存在固含量低、自增稠性差、硬度低、成膜光泽低、成膜时间长、耐水性差的缺陷。目前水性聚氨酯研究的热点是通过扩链剂改性水性聚氨酯,提高水性聚氨酯的综合性能并扩大其应用范围。

聚氨酯是氨基甲酸酯的简称,通常由多异氰酸酯与多元醇逐步聚合而成。在实际制备的聚氨酯树脂中,除含有氨基甲酸酯基团外,还含有脲、缩二脲等基团。所以,从广义上讲,聚氨酯是异氰酸酯的加聚物。

1937年德国化学家拜耳教授首先利用异氰酸酯与多元醇化合物发生加聚反应制得聚氨酯树脂,随后英、美等国家于1945~1949年从联邦德国获得了有关聚氨酯制造技术,并在1953年相继实现工业化。

日本从德国拜耳公司和美国引入技术后于1955年开始聚氨酯工业化生产。我国聚氨酯工业化生产是在20世纪60年代才开始的。水性聚氨酯的研究开发及其生产几乎与聚氨酯树脂的工业化同时进行。

1943年德国另一位化学家斯克拉克在乳化剂及保护胶体的存在下,将异氰酸酯在水中乳化,并在剧烈搅拌下添加二胺,第一次成功地制备出聚氨酯乳液。1953年Du Pont公司Wyandotl将由二异氰酸酯和聚醚多元醇制成的-NCO预聚体用苯溶液分散于水中,此后又用二胺扩链合成了水性聚氨酯,并在1967年首次工业化。

1972年德国拜耳公司正式将聚氨酯水分散体作为皮革涂料,引起各国的极大重视。1975年德国拜耳公司科研人员将聚氨酯分子链中引入亲水成分,让其在水中自乳化,从而得到高性能乳液,应用领域也逐步拓展。

水性聚氨酯的合成原料主要有10大类:

(1)多异氰酸酯,常用的有甲苯二异氰酸酯(TDI)、二苯基甲烷二异氰酸酯( MDI)、六次亚甲基二异氰酸酯(HDI)、多次甲基多苯基多异氰酸酯(PAPI)、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)以及特殊用途的其它异氰酸酯;


4,4'-双仲丁氨基二苯基甲烷(MDBA)

聚脲

降低凝胶反应速度,使得用喷涂浇铸技术生产这种高硬度聚合物成为可能。延长的凝胶速度可以改善与基层的粘着性、流动性、涂层之间的结合及表面质量。使用4,4’-双仲丁氨基二苯基甲烷-MDBA作为熟化剂,可显著提高聚合物的抗冲击性能低温性能。


(2)多元醇或多元胺等含氢化合物。多元醇化合物主要有聚酯多元醇、聚己内酯、聚醚多元醇、氨基聚醚多元醇、聚己二醇、聚四氢呋喃、端羟基聚丁二烯橡胶、环氧树脂和含羟基的丙烯酸树脂等大分子多元醇。小分子多元醇有一缩二己二醇、1,4-丁二醇、三羟基丙烷、季戊四醇等。多元胺有丙二胺、二乙烯三胺、异佛尔酮二胺等;

(3)扩链剂:1,4—丁二醇、乙二醇、己二醇、乙二胺等。

水性聚氨酯制备中常常使用扩链剂改性水性聚氨酯,其中可引入离子基团的亲水性扩链剂有多种,除了这类特种扩链剂改性水性聚氨酯外,经常还使用1,4—丁二醇、乙二醇、一缩二乙二醇、己二醇、乙二胺、二亚乙基三胺等扩链剂;

(4)水:蒸馏水、离子水;

(5)亲水性扩链剂:二羟甲基丙酸(DMPA)、二羟基半酯、乙二胺基乙磺酸钠、二亚乙基三胺等;

(6)成盐剂:HCL、醋酸、环氧丙烷 。

(7)溶剂:丙酮、甲乙酮、甲苯等 ;

(8)乳化剂:聚氧化乙烯-氧化丙烯共聚物;

(9)交联剂:环氧树脂、三聚氰胺-甲醛树脂、多异氰酸酯;

(10)增稠剂:羧甲基纤维素、羟甲基纤维素等。

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