2022年水性聚氨酯分析研究进展 .pdf

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1、个人资料整理仅限学习使用1 / 8 水性聚氨酯研究进展学院：化学与化工学院班级：高材 052 姓名：刘智学号：200508030219 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 8 页个人资料整理仅限学习使用2 / 8 日期： 2007.11.05 水性聚氨酯研究进展摘要：综述了水性聚氨酯的性能，制法，改性研究及应用关键词：水性聚氨酯制法，改性性能及研究水性聚氨酯在制备和使用过程中不用或很少使用有机溶剂, 对环境影响小, 采用廉价安全的水作为稀释剂, 很容易调节涂料的黏度及控制流变性, 可降低成本, 减少活性稀释单体人体的危害,

2、近几十年得到广泛的关注。b5E2RGbCAP 1水性聚氨酯的制备1. 1原料制备水性聚氨酯的原料主要有聚醚或聚醚多元醇、多异氰酸酯和扩链剂三类。常用的多元醇一般为聚醚、聚酯二醇, 有时还使用聚醚三醇、低支化度聚酯多元醇、聚碳酸酯二醇、聚己内酯二醇等1 。我国主要用聚氧化丙烯二醇, 由于胶膜强度不高, 多用于皮革涂饰剂。由聚四氢呋喃二醇制得的聚氨酯, 其机械强度、耐水解性皆较好, p1EanqFDPw 但其价格较高。以异佛尔酮二异氰酸酯IPD I 和聚四氢呋喃醚PTM G 为主要原料合成的水性PU 成膜性好、稳定性佳、贮存1 年以上无变化, 胶膜耐黄变、耐磨、耐水、耐低温性能突出, 已经成功应用

3、到高档白色皮革涂饰、织物处理和感光材料涂层等方面。采用聚酯为原料制得的水性聚氨酯, 成膜强度高、粘附力也好, 但耐水性能比聚醚型的差, 采用普通聚酯二醇制得的水性聚氨酯储存期较短, 放置过程中固酯基水解产生羧基而引起乳液颗粒沉淀和聚结。采用气干性植物油为原料, 经过甘油醇解改性, 代替聚酯聚醚多元醇与甲苯二异氰酸酯( TD I 和二羟甲基丙酸(DM PA 反应可得到自乳化水性聚氨酯2 。DXDiTa9E3d 制备聚氨酯乳液常用的二异氰酸酯有芳香族二异氰酸酯(TD I 、MD I 等、异佛尔酮二异氰酸酯( IPD I 及脂肪族和脂环族二异氰酸酯。由脂肪族或脂环族二异氰酸酯制成的聚氨酯耐水性比芳香

4、族二异氰酸酯制成的聚氨酯好, 产品储存稳定。国外一般均采用脂肪族或脂环族异氰酸酯, 我国受品种及价格的限制, 大多使用TD I 。RTCrpUDGiT 扩链剂常用二元醇和二元胺。扩链可提高聚合物的抗张强度、耐溶剂性以及成膜性, 但过大扩链又影响聚合物在水中的分散性, 因此一般选择扩链剂与二异氰酸酯的当量比为1. 25 左右3 。-OH (-NH 2 ?-NCO 1 只起扩链作用,、乙二胺(EDA 、1, 4-丁基二胺(BDA 作为扩链剂, 所得到聚氨酯的玻璃化温度, 伸长强度依次增加5 。后扩链法比同步扩链法得到的PU 乳液具有更好的外观、贮存稳定性、涂膜机械性能和耐水性。同步扩链时需要更多的

5、水才能将预聚体分散开, 同时需要提高分散转速才能将预聚物分散开, 残留物也较多, 得到的乳胶粒径较大, 稳定性变差。5PCzVD7HxA 1. 2合成与改性聚氨酯乳液的制备方法有外乳化法和内乳化法。早期的生产研究都是使用外乳化法。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 8 页个人资料整理仅限学习使用3 / 8 外乳化法关键在于选择合适的乳化剂, 反应时间长、乳化剂用量大, 乳液及膜的物理性质、储存稳定性差。内乳化法在聚氨酯链上引入亲水性基团, 中和成盐后直接将其分散于水中, 不用外加乳化剂, 但因引入了大量的亲水基团, 而致涂膜

6、耐水性能不佳jLBHrnAILg 为提高乳液及膜的性能, 扩大应用范围, 需对 PU 乳液进行适当的改性6 。目前 , 丙烯酸酯改性聚氨酯乳液最为引人注目。可用的改性方法有物理共混、带C= C 双键的聚氨酯单体与丙烯酸酯共聚，用PU 乳液做种子进行种子乳液聚合，封端PU 乳液与含羟基的丙烯酸乳液作用形成互穿网络IPN）等。xHAQX74J0X 将水性聚氨酯作为分散剂，使叔丁基丙烯酸酯在聚氨酯乳液中聚合得到聚叔丁基丙烯酸酯 PT-MA ）不需要使用挥发性溶剂，改性后的产量固含量高而黏度较低 与水性聚氨酯混合(CN T 含量为 0. 10. 5, 能增强聚氨酯材料的模量、拉伸强度、热性能、导电性能

7、和抗静电能力等。如果在混合前先将CN T s 用酸进行适当时间的处理,CN T s 的粒径会减小, 有利于 CN T s 在聚氨酯中的分散。加入经过酸处理过的 CN T s 后, 聚氨酯膜的拉伸强度由6. 6MPa 增加到 8. 75M Pa, 伸长率由1280% 增加到1477% , 软段玻璃化转变温度由-50 升高到 -40 , 硬段的玻璃化转变温度由39 升高到80 , 膜的导电性由2. 510-12 S? cm 升高到 9. 010-4S? cm , 膜的负载静电量可以降为零11 。dvzfvkwMI1 2水性聚氨酯的性能2. 1乳液的稳定性乳液中离子集团的浓度增高会增加乳液的稳定性，

8、但却降低涂抹的耐水性，因此要使乳液的稳定性与耐水性均好，需对其进行适当的改性。用环氧树脂改性时，在相同羧基含量下，不加环氧树脂制得的PUA 乳液稳定性非常好。加入环氧树脂改性后的树脂在加入固化剂后，共聚法制备的乳液的稳定性比共混法的差。原因可能是共聚法制备的乳液中环氧基团在胶粒外，水相中的TETA 可与乳液颗粒间的环氧基团反应，形成交联物而沉淀。而共混法则环氧基团被包在胶粒内部，TETA 扩散到乳液微粒内反应交联，因此稳定性较好。rqyn14ZNXI 2. 2乳液的黏度在聚酯二醇相同的情况下, 用TMXD I 制得的预聚体黏度低、流动性较好, 预聚体容易乳化分散, 且有机溶剂的加入与否对粒径的

9、影响不大, 所以, 分散时可不必加入有机溶剂。而用异佛尔酮二异氰酸酯( IPD I 制备的预聚体, 加入10% 丙酮后黏度仍很大, 搅拌困难, 在进行水分散时还要再加10% 丙酮。通过对比可以说明, 用TMXD I 为原料合成水性聚氨酯预聚体, 可以进一步降低预聚体的黏度。随着温度的升高, 预聚体黏度明显降低, 由于TMXD I 的特殊结构, 其单体或预聚体在120 下仍然非常稳定, 不会发生凝胶。因而, 可利用其高温稳定的特点, 采用升温降黏的方法制备预聚体, 在预聚体的合成和分散过程中减少或不加有机溶剂, 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - -

10、- -第 3 页，共 8 页个人资料整理仅限学习使用4 / 8 可缩短反应时间, 弥补TMXD I 反应活性低的不足。EmxvxOtOco 213乳胶粒的粒径粒径与树脂的配方特别是硬段组分、亲水基团含量和乙烯基单体的含量有关。在相同的剪切力作用下分散时, 在PU 为壳、PA 为核的核壳胶粒结构的PUA 复合乳液中, 随着乙烯基单体含量的增加, 粒径以非线性方式增加, 当单体较少时, 平均粒径增加很少, 继续增加单体含量, 平均粒径将大幅增加。这是因为单体量很少时, 复合乳液的粒径与聚氨酯分散体的粒子几乎相同, 进一步增加单体含量时, 胶束状的聚氨酯组分难以包住单体组分, 无法形成稳定的复合乳胶

11、粒, 几个小粒子会融合成较大的乳胶粒14 。在由丙烯酸-聚氨酯接枝共聚物组成壳的PUA 复合乳液中, 由于这种接枝共聚物能有效地改进丙烯酸和聚氨酯组分间的相容性, 从而得到易于分散的微相结构, 所以其粒径要小得多, 但经过改性得到的胶粒粒径一般都比简单的聚氨酯粒径要大。胶粒粒径还与分散剪切力有关, 把PU 预聚物分散于水中的剪切力越大, 粒径越小。胶粒粒径小, 可提高乳液稳定性和胶膜性能。SixE2yXPq5 2. 4膜的性能当软段聚醚相对分子质量700时，水性聚氨酯胶膜的拉伸强度随软段相对分子质量的增加而减小。这是因为在预聚反应中，软链段量减小, 其羟值增大 , 导致聚氨酯的硬段含量增加 ,

12、 拉伸强度升高 , 断裂伸长率降低。乳液一般含有亲水基团, 在成膜过程中, 若成盐剂能够挥发 , 则胶膜会有较好的耐水性, 否则耐水性差, 常采用提高涂膜的交联密度来改善其耐水性。常用的交联方法有前交联法和外交联法, 前者在合成预聚物时加入多羟基化合物 , 直接生成交联聚氨酯预聚物, 再将其很好地分散在水中, 并扩链形成大分子, 最后形成乳液 , 该法的缺点是易使预聚物黏度增大, 稳定性变差。后者采用带羧酯基的阴离子聚氨酯乳液 , 在室温下用氮丙啶、碳化亚胺以及金属盐类进行交联, 该法可很好地解决聚氨酯乳液涂膜的亲水性问题, 但因组成双组分涂饰剂而给施工带来不便。丙烯酸酯接枝聚氨酯后 , 耐水

13、性优于 PU 或PA/PU ，耐甲苯性、耐丙酮性也优于PA 或PA/PU ，进而证明 PUA 中存在PA与PU 的化学结合 有机氟的半交联含多羟基的聚氨酯预聚体作甲组分, 所得水性聚氨酯的热稳定性好, 耐水、耐溶剂和耐候性都接近双组分溶剂型聚氨酯, 而且解决了传统水性聚氨酯涂膜泛黄的问题。kavU42VRUs 3水性聚氨酯的应用水性聚氨酯可作胶黏剂、皮革涂饰剂、纺织印染剂等领域。水性聚氨酯胶黏剂粘接性能好 , 胶膜物性可调节范围大, 广泛用于塑料片材、薄膜织物( 棉或化纤、无纺布、纸张、玻璃、木材等粘接或复合层压加工。例如水聚乙烯醇水溶液中配入异氰酸酯系化合物或聚合物制成的PU 胶粘剂用于层压

14、板、刨花板的制造, 粘接力强、施工方便。y6v3ALoS89 水性聚氨酯作皮革饰剂, 成膜性能好、成膜快, 可与溶剂型相媲美。用聚氨酯乳液涂饰后的皮革具有光亮、丰满、耐磨耗、不易断裂、弹性好、耐低温性和耐挠屈性能优良等特点 , 从根本上克服了丙烯酸树脂类涂饰剂“热粘冷脆”的毛病。水性聚氨酯不含甲醛, 成膜又具有较好的弹性, 是替代或部分替代氨基树脂的一种较好的无甲醛整理剂, 用它处精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 8 页个人资料整理仅限学习使用5 / 8 理的织物弹性增加, 手感得到改善。用于蛋白质纤维、丝织物的后整理,

15、不仅可改善丝织物的外观 , 使之具有柔软光亮及丰满滑爽的手感, 还可赋予丝织物以耐磨抗皱等优良性能, 更多的用作羊毛防缩整理剂。水性聚氨酯虽然具有耐低温、柔韧性好、粘接强度大等优点, 可广泛用于涂料、皮革涂饰、印染、胶黏剂等领域, 但与传统的溶剂型聚氨酯相比, 还存在着成膜物光泽度低、成膜时间较长、耐水耐溶剂性不足、乳液自增稠性不好、固含量较低等缺点。用聚丙烯酸酯和聚苯乙烯或无机纳M 材料对其改性 , 将二者的优点结合起来的“第三代水性聚氨酯”己成为国内外研究的热点。M2ub6vSTnP 参考文献1闫福安 . 水性聚氨酯的合成及应用J. 胶体与聚合物 ,2003, 2l(2: 30 2邱维 ,

16、 李存本 , 曹直等 . 化工新型材料, 2004, 32(2:19 3张维庆 , 周诗彪 . 常德师范学院学报, 2002, 14(2: 22 4孙文章 . 上海化工 , 2001, (11: 23 5 Y. S. Kwak S. W. Park H. D. Kim. Colloid PolymSci, 2003, (281: 9570YujCfmUCw 6洪亮 , 瞿金清 , 蓝仁华。现代化工, 2002, 22: 55 7张金兴 , 李东海 . 广 州 化 学, 2004, 29(1: 24 8 Hsun- Tsing Lee1, and Chee- ChanW ang. Journal

17、of Polymer Research, 2005, (12: 271eUts8ZQVRd 9瞿金清 , 陈焕钦 . 中国皮革 , 2004, 33(5: 6 10JangWon Seo, Byung Kyu Kim. PolymerBulletin,2005 11 Jiyun Kwon, Hando Kim. Polymer Science, 2005,(43: 3973sQsAEJkW5T 12刘春华 , 方治齐 . 聚氨酯工业 2000, 3, 22 13孙彦璞 , 任孝修 . 涂料工业 , 2003, 33(4: 32 14 HiroseM ,Kadowaki F , Zhou J H

18、. Progress in Oranic Coatings , 1997 , 31 (3 : 157 (下转第 43 页GMsIasNXkA 2 Progress of preparation of polyurethane- acrylate hybrid emulsionsTIrRGchYzg Fang P ingyan L i Shucai (College ofM aterial Science &Chem ical Engineering Tianjin U niversity of Science and Technology Tianjin 3002227EqZcWLZNX Ab

19、stractCopolymerized polyurethane- acrylate (PUA hybrid emulsion and their preparationlzq7IGf02E processes are introduced. The emulsion system s are classified as four kinds as non- crosslink, syn2zvpgeqJ1hk thetic crosslink, later crosslink and interpenetrating networks. Characteristic and applicati

20、on rangesNrpoJac3v1 of each kind aremarked out. On the basisof these, progressof PUA hybrid emulsion is reviewed sys21nowfTG4KI tematically. Key wordsPolyacrylate。 Polyurethane。Copolymerization。Hybrid 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页，共 8 页个人资料整理仅限学习使用6 / 8 emulsionfjnFLDa5Zo 15 陈延娜

21、 , 李树材 . 涂料工业 , 2004, 34(7: 1 19 , , . , 2001, 19 3 :tfnNhnE6e5 16 许乐群 . 南昌高专学报, 2001, 4: 60. 23 17蔡斯让 , 郭宁, 张瑞珠等 . 涂料工业 , 2002, 6, 12 18颜俊 , 涂伟萍 , 杨卓如等 . 技术进展 , 2001, (7: 22 19黄建颖胡巧玲方征平胶体与聚合物,2001,19(3；23 advance in waterborne polyurethane W ang Pei W ang N iangui L iL inglan Ye Chuping L iu H uiHb

22、mVN777sL (Faculity of Chem istry and Chem ical engineering HubeiU niversity W uhan 430062V7l4jRB8Hs AbstractThis paper reviewed the preparation and some internal and external studies on the de283lcPA59W9 velopment of waterborne polyurethane. Their properties and applications in productions were re2m

23、ZkklkzaaP viewed too. Key wordsW aterborne polyurethane。 Preparation。Development 。Properties。ApplicationAVktR43bpw 31 RongfangDing, Yuan Hua, Zhou Gui, et al. PolymerDegradation and Stability, 2003, 81: 473ORjBnOwcEd 32 Rui Zhang, Yuan Hu, Jiayn Xu, et al. PolymerDegradation and Stability, 2004, 85:

24、 5832MiJTy0dTT 33王亚强李玉平贺卫卫涂料工业 2006, 36 (1。1 34刘军辉 , 张军 , 李 枫. 高分子材料科学与工程,2005, 21: 156 2 Advance in composite latex modified by inorganic nanoparticlesgIiSpiue7A ShaoQ ian W ang Chengguo Ge Shengsong ( College of Chem istry and Environment Engineering ShandongU niversity of Science and TechnologyQ

25、ingdaouEh0U1Yfmh 266510 Shandong, College ofM aterial Science and Engineering ShandongU niversity Jinan 250061 Shandong IAg9qLsgBX AbstractThe advance in the preparation of the composite latex modified by inorganic nanopatiWwghWvVhPE cles via emulsion polymerization was reviewed in this paper. The m

26、odification methods for inorganiasfpsfpi4k nanopaticles were introduced. The polymerization methods, including in- suit dispersion, sol- geooeyYZTjj1 and intercalation, weremainly introduced. Potentialapplication prospectsof this composite latexwerBkeGuInkxI also analyzed. 精选学习资料 - - - - - - - - - 名

27、师归纳总结 - - - - - - -第 6 页，共 8 页个人资料整理仅限学习使用7 / 8 Key wordsEmulsion polymerization。 Inorganic nanopaticles。 Composite latex 。 ReviewPgdO0sRlMo (C 1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http:/3cdXwckm15 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页，共 8 页个人资料整理仅限学习使用8 / 8 申明：所有资料为本人收集整理，仅限个人学习使用，勿做商业用途。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页，共 8 页