水性聚氨酯组成及应用

2023-12-11 15:11:13 上海微谱检测科技集团股份有限公司

水性聚氨酯树脂是将聚氨酯分散在水中形成的均匀乳液，具有不燃、气味小、不污染环境节能、操作加工方便等优点。

水性聚氨酯的分类

按照分散状态，水性聚氨酯可分为水溶性聚氨酯、聚氨酯分散体和聚氨酯乳液，其特点如下:

按照乳化方法，水性聚氨酯可分为内乳化法和外乳化法，内乳化法是指聚氨酯链段中含有亲水性成分，因而无需乳化剂即可形成稳定乳液的方法；外乳化法是指分子链中仅含少量不足以自乳化的亲水性链段或基团，或完全不含亲水性成分，添加乳化剂，通过机械搅拌强制分散成稳定乳液的方法，其特点如下：

通过对比，外乳化法制备的乳液中，由于亲水性小分子乳化剂的残留较多，影响固化后聚氨酯胶膜的性能，而内乳化法消除了此弊病，因此，水性聚氨酯的制备以离子型内乳化法为主，内乳化法根据亲水扩链剂的不同又可分为阴离子型水性聚氨酯，阳离子型水性聚氨酯，非离子型水性聚氨酯等。

根据使用方法，水性聚氨酯一般可分为单组分水性聚氨酯和双组分水性聚氨酯，单组分水性聚氨酯可直接使用，操作简便，开放时间长；双组分水性聚氨酯必须先与水可分散型异氰酸酯固化剂混合均匀后使用，混合后的胶必须在一定时间内用完。

水性聚氨酯的组成

水性聚氨酯主要由大分子多元醇、多异氰酸酯、亲水扩链剂、扩链剂、成盐剂、催化剂、交联剂和其它助剂组成。

大分子多元醇

构成聚氨酯（PU）的柔性链段—软段，常温呈无规卷曲状，使PU具有一定的柔顺性，其结构与分子量影响PU的耐水性、耐溶剂性、硬度和粘结性、涂层手感等性能。常用的多元醇有己二酸系聚酯多元醇、聚丙二醇、聚乙二醇、聚四氢呋喃多元醇、聚碳酸酯多元醇、聚己内脂多元醇、端羟基聚二甲基硅氧烷等。

多异氰酸酯

构成PU的刚性链段—硬段，内聚能大，室温硬段微区呈玻璃态次晶或微晶，其结构影响PU的耐候性、硬度、耐溶剂性、耐低温性和耐磨性等性能。常用的脂肪族多异氰酸酯有异佛尔酮二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯和二环己基甲烷二异氰酸酯，1,4-环己烷二异氰酸酯等，芳香族多异氰酸酯有甲苯二异氰酸酯，二苯基甲烷二异氰酸酯等。

扩链剂

扩链剂主要作用为增加聚氨酯分子量，提供硬段含量。常用的有小分子醇类扩链剂和胺类扩链剂，如：乙二醇、二乙二醇、1,4-丁二醇、新戊二醇、丙二醇、异佛尔酮二胺、乙二胺等。

亲水扩链剂

水性聚氨酯的重要原料，提供亲水官能团，常用的亲水扩链剂有二羟甲基丙酸、二羟甲基丁酸、乙二胺基乙磺酸钠、N-甲基二乙醇胺、三乙醇胺等。

成盐剂

与亲水官能团反应，提供稳定的乳液。常用的成盐剂有三乙胺、氨水、氢氧化钠、乙酸、盐酸等。

催化剂

选择性调控-NCO与-OH和H2O的反应速率，常用的催化剂有叔胺类和有机金属类催化剂，如：三乙胺、N,N-二甲基环己胺、三亚乙基二胺、辛酸亚锡、二月桂酸丁基锡、异辛酸铋、乙酸钾等。

交联剂

将线性PU交联为体型，提高PU的耐水性、硬度和耐溶剂性等。常用的交联剂有三羟甲基丙烷、三乙醇胺、甘油、二乙烯三胺等。

其它助剂

根据行业使用需求和法律法规要求，常常需要添加消泡剂、流平剂、触变剂、光稳定剂、抗氧剂等。