水性聚氨酯最新技术及行业发展前景的立项报告

第一节  水性聚氨酯的简介

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，也称水分散聚氨酯、水系聚氨酯或水基聚氨酯。水性聚氨酯以水为溶剂，无污染、安全可靠、机械性能优良、相容性好、易于改性等优点。（立项报告）

第二节水性聚氨酯的工艺技术

复合乳液聚合法有两种工艺：

⑴互穿聚合网络（Interpentrating Polymer Network）。体系中至少有一组分为交联结构，在分子水平上发生作用，如以丙烯酸酯单体作为合成聚氨酯预聚体的有机溶剂，然后再在聚氨酯乳液中进行聚合即制得丙烯酸酯改性聚氨酯的互穿网络型乳液。

⑵在水性聚氨酯乳液中加入丙烯酸酯不饱和单体进行自由基聚合， 形成所谓核-壳型丙烯酸酯改性水性聚氨酯的复合乳液。陈义芳采用丙烯酸酯单体作为聚氨酯溶剂制得IPN 结构的丙烯酸酯改性的聚氨酯乳液，研究表明其涂膜具有良好的耐水性及耐污染性。杨建文等将具有羟基侧基的丙烯酸树脂与含有残留异氰酸酯基的聚氨酯丙烯酸酯进行接枝反应，经胺中和后，用水分散形成自乳化水性体系。研究表明当接枝树脂中聚氨酯含量在30%～50%时，光固化涂层具有较好的硬度、耐溶剂性和耐水性。

2 有机硅改性有机硅化合物属于半有机、半无机结构的高分子化合物具有耐热、耐水性、耐候性及透气性，其中两个最显著的特点是耐氧化性和低表面能， 有机硅聚合物还能赋予涂层杰出的柔顺性和爽滑丝绸感；因表面能差异而存在微相分离的Si-O-Si 分子链会迁移到膜的表面提高涂膜的综合性能。

第三节 水性聚氨酯的最新技术

产品技术变化特点

大多数水性PU主要是由自乳化法制备，以含亲水性基团的PU为主要固化成分，涂膜干燥时若亲水成分不能有效的进入交联网络中，干燥形成的涂膜遇水易溶胀。另外其缺少像双组分溶剂型PU涂膜所能得到的交联密度和高相对分子质量，因而这些水分散体涂膜的耐水性、耐溶剂性、耐热性和光泽性较差，严重地限制了其使用的范围。因此，常采用提高涂膜的交联密度来改善乳液涂膜的耐水性。常用的交联方法有两种：一种是在合成PU预聚物时，加入官能度大于2的多羟基化合物，直接生成交联PU预聚物，将上述预聚物很好地分散在水中，并扩链形成大分子，最后形成乳液。

这种方法也叫前交联法，缺点是易使预聚物黏度增大，较难分散在水中，影响乳液的稳定性。新型交联剂和多官能团扩链剂的筛选与合成的研究相当活跃，已成为提高水性PU物理机械性能和耐水性能的主要途径之一。另一种方法为外交联法，采用带羧的阴离子PU乳液进行交联，交联反应发生在PU分子的羧基上，有氮丙啶、碳化亚胺以及金属盐类化合物，在室温条件下进行交联。这类交联剂一般在使用PU乳液时加入，因其交联反应速率很快，短时间内产生凝胶而破乳。外交联法可成功解决PU乳液涂膜的亲水性问题，但因外加交联剂，组成双组分涂饰剂给施工带来不便，此方法使用较少。

产品市场的新技术

国内外对水性聚氨酯的研究都聚焦在对其改性使其功能化，通过改性增加材料的耐水性、耐溶剂性等性能指标。改性主要通过物理和化学两种手段，通过接枝、嵌段、内、外交联其它聚合物材料，共混或形成互穿聚合物网络等方法进行改性。常用的改性有以下几种：

1 丙烯酸酯改性聚丙烯酸酯类产品优点在于耐候、耐水、耐溶剂、保光性比聚氨酯树脂突出，在物理机械性能、弹性及粘接性能等方面又逊色于聚氨酯树脂。因此两者具有很好的互补性。将丙烯酸酯用于水性聚氨酯乳液的改性，是聚氨酯的发展趋势之一。较为流行的有共混交联反应法、乳液共聚法和复合乳液聚合法。

第四节 水性聚氨酯的发展前景

水性PU在纺织和印染助剂方面的应用越来越广泛。如用作染色助剂、涂料印花粘接剂、柔软与防皱整理剂、抗静电和亲水整理剂等，可提高其染色深度、牢度以及纺织物的其他性能。

水性PU也广泛用于石油破乳剂，造价低、破乳效果好、速度快、无毒、使用方便。

此外，在聚氨酯主链上接枝多氟烷基，即可制作优良的防水、防油、防污剂；在其主链上接枝卤素、磷等元素，也可制成优良的阻燃整理剂。

性能分析

水性聚氨酯具有非常多的优点，所以被广泛应用在：涂料、油墨、胶粘剂、皮革涂饰剂、人造革、手套润滑剂等方面。以皮革涂饰剂为例：涂饰是皮革制造过程中的一个重要环节。它可增加皮革的美观和耐用性能，提高档次，增加花色品种、扩大使用范围。其中聚氨酯类涂饰剂的成膜性能好、遮盖力强、粘结牢固，涂层的物理性能优异，可大大提高成革的等级，为此受到高度重视和广泛的关注。

我们将一系列的改性有机硅树脂引入到聚氨酯皮革、聚氨酯涂饰剂、聚氨酯粘合剂、鞋底料、聚氨酯涂料、油墨中去，通过工程师的对比试验发现，可解决水性PU和油性PU产品存在的种种问题。

产品介绍如下

一、粘合剂：

该系列产品为改性有机硅交联剂，可以增强合成革用不同底材与聚氨酯涂层材料之间的粘合性，从而相应提高涂饰性和附着力，同时带来耐水解及爽滑的感觉。可代替有毒的多氮丙啶交联剂。

二、润湿剂：

该系列产品设计用于改善聚氨酯涂层材料之间及聚氨酯涂层材料和不同底材之间的润湿性，同时也可作为聚氨酯合成革的泡孔调节剂及流平剂。

三、匀孔剂：

该系列产品主要用于增进涂层的成肌性，从而改善皮革的最终手感和表面流动性。该系列产品不含羟基，可以作为一个有效的润湿剂和匀孔剂。

四、流平剂：

该系列产品可以赋予聚氨酯合成革表面平整性。湿法工艺中提高贝斯的表面透湿性、流平性；干法工艺中，提高PU革的防粘性、并有丝滑手感。

五、泡孔调节剂：

该系列产品设计用于湿法聚氨酯浆料成革过程中的泡孔控制，泡孔结构丛竖长型到均一圆孔型。

同时还有消泡作用，提供光洁的表皮层或贝斯层。

六、PU树脂改性剂：

该系列产品含有活性基团，为聚醚封端或者羟基封端的有机硅改性剂，可直接参与浆料合成反应，也可作为功能性添加剂添加，赋予聚氨酯合成革贝斯和面层更好的透湿性、透气性，更好的低温挠曲性，更好的防粘性，更高的耐磨性，优良的表面平整性、泡孔稳定性或优良的加工性。同时与极性溶剂、非极性溶剂、多元醇和异氰酸酯中有很好的相溶性。

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