水性聚氨酯的制备及应用
作者 : 未知

  [摘要] 该文综述了水性聚氨酯的制备方法及其主要原料、水性聚氨酯的应用。探讨水性聚氨酯的发展前景。   [关键词] 水性聚氨酯制备应用发展
  
  水性聚氨酯是60年代发展起来的高分子材料, 由于其优异的性能, 越来越受到人们的青睐。水性聚氨酯以水作为分散介质,具有不燃、无毒、无污染、节省能源及易贮存等优点,使用方便。同时具有溶剂型聚氨酯的一些重要性能特征。随着人们环保意识的日益增强和各国安全、环保法规的确立和日益强化,传统溶剂型聚氨酯的应用越来越受到限制,水性聚氨酯取代溶剂型聚氨酯将成为必然。
  一、水性聚氨酯的制备
  主要原料是多异氰酸酯与聚醚或聚酯多元醇,利用多异氰酸酯中-NCO基与醇中的-OH基反应生成聚氨酯预聚体,经过扩链后,用封端剂封端成为阴离子的水溶性聚氨酯化合物[1]。
  1、多异氰酸酯的选择
  多异氰酸酯可使用甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、脂肪族主要有六亚甲基二异氰酸酯、异佛尔酮二异氰酸酯。其中甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯国内已经工业化生产。一般而言,制备水性聚氨酯应采用活性较低的多异氰酸酯。芳香族异氰酸酯制成的产品受日光照射后易泛黄,脂肪族异氰酸酯制品耐日光性较好。
  2、多元醇的选择
  水性聚氨酯合成用低聚物多元醇主要包括聚醚型、聚酯型两大类,它构成聚氨酯的软段,但两类不能在均相中相互混合使用。常用的原料只有聚酯二醇;而聚醚二醇、聚碳酸酯二醇使用较少。聚酯多元醇制品强度高,但耐水解性差;聚醚多元醇制品成本低,耐水解性能好,为提高聚酯型水性聚氨酯的贮存稳定性提供了原料支持。
  3、扩链剂的选择
  为了调节分子量及软、硬段比例,在水性聚氨酯合成中常使用扩链剂。常用的扩链剂为二官能团的二醇、二胺类。当-OH/-NCO或-NH2/-NCO>1时,只起扩连作用;若-OH/-NCO或-NH2/-NCO<1时,则既起扩链作用,又起交联作用。常用的脂肪族多元醇有:乙二醇、一缩二乙二醇、1,2-丙二醇、一缩二丙二醇、1,4-丁二醇,有时也加入少量的TMP(三羟甲基丙烷)引入适量的分支,改善性能。常用的胺类扩链剂是脂肪族和脂环族二胺或三胺、胺封端的聚醚、肼和它的衍生物。胺类扩链剂反应活性高,毒性大。
  4、亲水剂(亲水性扩链剂)的选择[2]
  亲水性扩链剂指能在水性聚氨酯大分子主链上引入亲水基团的扩链剂,它是水性聚氨酯制备中使用的功能单体。该类扩链剂中带有羧基、磺酸基或叔胺基,结合有此类基团的聚氨酯经中和、离子化,即呈现水溶性。常用的产品有DMPA(二羟甲基丙酸)、1,4-丁二醇-2-磺酸钠以及 N-甲基二乙醇胺等。
  二、水性聚氨酯的应用
  1、织物涂层整理
  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,可明显提高服装或饰品的华丽庄重感和依着的舒适感,具有涂层薄、弹性好,手感软, 耐溶剂、耐低温、耐磨、防水透湿等优点。因而受到广大消费者的青睐。
  2、皮革涂饰剂
  水性聚氨酯作为皮革的涂饰剂,可与溶剂型的聚氨酯相媲美, 并能减少公害用聚氨酯乳液涂饰后的皮革, 具有光亮、丰满、手感好、不易断裂等优点, 克服了聚丙烯酸类树脂涂饰剂热粘冷脆的缺陷, 因而水性聚氨酯常用于生产高档皮革制品。
  3、胶粘剂
  水性聚氨酯用作胶粘剂, 无公害,成本低, 粘合效果好, 有着很好的发展前途。主要用作木材加工、织物和植绒、复合薄膜的粘合。还用于建筑业及汽车工业。因此, 开发水性聚氨酯胶粘剂的应用新领域就成为国内外研究的重要课题。
  4、涂料
  水性聚氨酯除了用作家具漆, 电泳漆、电沉积涂料、建筑涂料、纸张涂料、玻璃纤维涂料外, 还可用作航天航空、舰船、光纤、军工等部门的特殊专用涂料。因此聚氨酯涂料被认为是综合性能最好的涂料品种。
  三、水性聚氨酯的发展
  随着聚氨酯工业的迅速发展,对材料提出了越来越高的要求。通过改变聚氨酯的合成原料、内交联、外交联、引入乙烯基单体等交联改性技术,丙烯酸树脂改性、有机硅树脂改性、环氧树脂改性等复合改性技术[3],研究者开始着眼于研制新的聚氨酯功能材料和环境友好型聚氨酯材料。近期出现的一些新的方向有:
  1、耐微生物聚氨酯
  通过在聚氨酯中添加一种或几种特定的抗菌剂,制得具备抑菌和杀菌性能的新材料――抗菌聚氨酯。抗菌试剂用量虽少,但对霉菌和细菌都有很强的杀灭能力,适于户外使用,范围较为广泛。
  2、可生物降解聚氨酯
  利用微生物的降解作用,可以消除废旧聚氨酯材料带来的环境问题。复旦大学成功开发出可降解植物聚氨酯材料[4] 。该技术以稻草、木屑等为原料,经液化后与异氰酸酯反应,合成具有微生物分解性的聚氨酯。该材料不但具有普通聚氨酯的各种优良性能,而且可在指定时间内进行微生物完全分解,还可通过化学处理高效分解,再用于合成聚氨酯,实现可再生循环,避免了化学污染,减少了自然资源的消耗。
  3、纳米材料增强聚氨酯材料
  浙江大学黄国波[5]等将纳米二氧化硅( SiO2 )经预分散后加入聚氨酯( PU) 反应体系进行原位聚合。透射电镜(TEM)照片显示纳米SiO2 在PU中基本上达到纳米分散。结果表明添加适量的纳米材料可以全面提高聚氨酯力学性能。
  4、光固化水性聚氨酯材料
  光固化水性聚氨酯材料是采用电子束高强度辐射引发活性的低聚物体系产生交联固化。目前以紫外光固化为主。德国巴斯夫公司[6]制备了含有羧基的水分散性辐射固化聚氨酯涂料,是由多异氰酸酯,聚酯多元醇,含异氰酸酯活性基和聚合性不饱和基的活性物制成。
  5、医药用聚氨酯材料
  聚氨酯具有良好的血液相容性和耐挠曲性,人们已经将其用于医学材料。硅氧烷改性聚氨酯,具有很强的生物稳定性、机械柔韧性、耐撕裂等性能,是优异的医用材料。德国专利[7]报道了用水性聚氨酯作为药物外表胞衣或粘合剂。
  参考文献:
  [1] 孙文章.水性聚氨酯的制备与应用.上海化工,2001,(11):23-25.
  [2] 闫福安.水性聚氨酯的合成与应用.胶体与聚合物,2003,21(2):30-32.
  [3] 吴杰,罗振扬,黄健.水性聚氨酯的改性.上海涂料,2006,44(4):17-20.
  [4] 黄国波,童筏莉,邬润德.无机纳米粒子原位复合聚氨酯研究.化工新型材料,2003 (1):12.
  [5] 庾晋,白杉.世界聚氨酯发展综述.新疆石油科技,2003 (1):70.
  [6] 朱吕民. 聚氨酯功能材料. 精细与专用化学品,2001增刊,56.
  [7] 李坚,朱砚峰.可紫外光固化聚氨酯乳液的合成与性能研究.粘接,2003 (24) :17.
  

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