四、水性聚氨酯性能表述
6. 耐水性
物理性吸水（聚醚型）和化学水解（聚酯型）； 测试方法 ：浸润法和液滴法
水性聚氨酯特点：存在亲水基团：采用改性、交联 或减少亲水基团含量的方法。
四、水性聚氨酯性能表述
7. 表面性能
表面张力； 水接触角 ；
亲水性和表面粗糙度是最主要的因素。
四、水性聚氨酯性能表述
七、水性聚氨酯应用
3. 织物整理
防水透湿涂层剂 羊毛织物防缩整理剂 抗静电整理 抗起毛起球整理 免烫整理剂 涂料印花
七、水性聚氨酯应用
4. 涂料
在国外水性涂料研究中，水性聚氨酯涂料就占了主导 地位 在水性聚氨酯涂料应用方面的技术研究应集中于以下 几方面：
1. 2. 3. 4. 5. 降低树脂的内聚强度 复合改性 加强对高固含量和粉末状水分散型聚氨酯的研究 水性紫外光聚氨酯涂料 利用可再生资源如植物油、松香及废弃塑料制备多元醇
七、水性聚氨酯应用
5.玻纤浸润剂
聚氨酯乳液含有极性很强的氨酯键，对玻纤黏结 集束性好，分子中软段和硬段相结合，蓦地弹性特别 好，对玻纤的保护作用优于其他品种的成膜剂 国产较少
七、水性聚氨酯应用
6. 鞋化用树脂
PUD应用与鞋化材料有两个用途：填充和表面光亮装 饰。 目前国内用量较大，仅次于皮革用树脂，但是产品多 为外来产品
水性聚氨酯
合肥市科天化工有限公司
董事长：戴家兵
一、聚氨酯概述
聚氨酯
1. 结构
O O C NH
2. 原料丰富，成品形态各样，被誉为“可剪裁性” 聚 合物 3. 应用广泛 涂料、胶黏剂、弹性体… 4. 溶剂性PU的VOC高，污染大，水性化是趋势
一、聚氨酯概述
水性聚氨酯简称
1. Waterborne polyurethane (WPU)；
三、水性聚氨酯的制备
1. 制备原料
聚合物多元醇
多元醇化合物是PU的主要原料之一。PU要求的多元醇化合 物，在其化学结构中含有两个以上羟基（—OH），分子量一 般处在几百甚至几千范围内，是一种齐聚物。聚氨酯所用大 分子多元醇有聚醚多元醇、聚酯多元醇、聚碳酸酯、聚酯酰 胺、丙烯酸多元醇、端羟基聚丁二烯等。其中最重要的是聚 醚元醇与聚酯多元醇。
三、水性聚氨酯的制备
1. 制备原料
多异氰酸酯
I. 芳香族异氰酸酯，具有高反应活性，常用的主要有甲苯二异氰 酸酯（TDI）和4,4-二苯甲基二异氰酸酯（MDI）以及1,5萘二异氰酸酯（NDI）、苯二甲基二异氰酸酯（XDI）等。它 们主要特点是反应活性、价格便宜、强度高、易控制，但毒 性大。芳香族聚氨酯材料力学性能好，但容易黄变，并且由 于存在苯环结构而使聚氨酯水分散液的热活化温度较高，限 制了它们的应用范围。 TDI是我国用量最多，应用最广的异 氰酸酯原料。
1. 1958年开始研究甲苯二异氰酸酯 2. 1965年开始生产聚氨酯 3. 1972年，中国水性聚氨酯起步
较早开始研究的有安徽大学、成都科技大学、晨光化工研究 所等 存在问题：产品单一，主要是芳香族皮革涂饰用PUD； 固含低，多在20%-30%，高固含快干型极少； 原料使用范围窄：聚醚型大分子、芳香族异氰酸 酯、羧酸 型 PUD为主。953年，杜邦公司万杜特尔（Wyandotl）将由 二异氰酸酯和聚醚制成预聚体的苯溶液分散 在水中，此后又用二胺扩链合成了聚氨酯乳 液（首次引入软段）；
1967年，杜邦公司实现了水性聚氨酯的第一 次工业化，
二、水性聚氨酯沿革
水性聚氨酯在中国的发展
3. 所用设备 除合成树脂所用反应釜、冷凝器等通用 设备之外，还需高速分散机、砂磨机、球磨机等专 用设备
二、水性聚氨酯沿革
1. 1943年德国化学家斯科拉克（P. Schlack）第一次成 功的制备出聚氨酯乳液，水性聚氨酯开始了其发展历 程，迄今60多年历史。 2. 应用领域涵盖皮革、纸张、纺织、涂料、黏合剂、塑 料、橡胶。 3. 国内研究状况：始于70年代，80年代后蓬勃发展。安 徽大学，中国科技大学…
二、水性聚氨酯沿革
1937年，拜耳及其同事第一次利用异氰酸酯与 多元醇化合物进行逐步加成反应制得了各种 聚氨酯树脂和聚脲化合物
1944年，拜耳进行了聚氨酯的首次工业化 HDI+BDO （牌号：Igamid U）
二、水性聚氨酯沿革
1943年，德国化学家斯科拉克（P. Schlack）首 次制备出了聚氨酯乳液 制备方法：在乳化剂与保护胶体的存在下，将异氰酸酯
2、水性聚氨酯液体性质
乳液组成：水、PU粒子、助溶剂、防霉、抗黄变剂… 外观：透明、半透明、乳白；
主要和粒径大小有关
粒径 粘度 固含。
四、水性聚氨酯性能表述
3. 乳液的成膜过程
水分挥发 粒子刚性大小 成膜助剂
四、水性聚氨酯性能表述
4. 聚氨酯软段与硬段
软段组成； 大分子醇或胺 常见软段 ； 聚酯和聚醚 软段性能。 柔性、弹性
CH3 HOCH2 C CH2OH
NH2CH2CH2NHCH2CH2SO3Na HOCH2CH2CHCH2OH SO3Na
氨基磺酸盐 羟基磺酸盐
COOH
DMPA
三、水性聚氨酯的制备
1. 制备原料
成盐剂
成盐剂又称中和剂，是一种能和羧酸磺酸基叔胺基等形成聚 合物盐或者生成离子基团的试剂 常用的是TEA，成盐剂用量一般与亲水性扩链剂等当量加入， 控制体系pH值在7-8左右
四、水性聚氨酯性能表述
4. 聚氨酯软段与硬段
硬段段组成； 除大分子醇或胺以外 常见影段 ； 异氰酸酯（MDI、TDI、IPDI）和扩链剂 硬段性能。 强度、韧性
四、水性聚氨酯性能表述
5. 力学性能
嵌段聚合物； 抗张强度以及断裂伸长率 ； 测试方法：拉力机 聚氨酯特点：氢键、嵌段和物理交联点
8. 玻璃化转变温度（Tg）
高聚物分子的链段开始运动的最低温度；


决定聚合物的低温弹性和高温时强度 ；
形态学观点：聚氨酯弹性体的玻璃化温度是由软段的性质和 软段的纯度决定的。

聚氨酯本质上有两个玻璃化温度
五、水性聚氨酯特点
1. 优点
水相为连续相，安全、环保、易保管与贮存； 固含高（相对油性），成本低 ；
三、水性聚氨酯的制备
1. 制备原料
普通扩链剂
普通扩链剂是相对于亲水性扩链剂而言的，在此指除了亲水性 扩链剂以外的扩链剂。普通扩链剂一般分为两大类，即二醇 类和二胺类。二胺类虽然反应活性高，但毒性大。 常用的小分子二醇扩链剂有1,4-丁二醇（BDO），其次是乙 二醇、丙二醇、一缩二乙二醇、1,4-环己二醇、新戊二醇、 二甘醇、对苯二甲酸二乙二酯二醇等。常用的二胺扩链剂乙 二胺、己二胺、3,3-二氯-4,4-二氨基二苯甲烷（MOCA）等。
2. Water-based polyurethane
3. Polyurethane dispersion (PUD)； 4. Aqueous Polyurethane dispersion
一、聚氨酯概述
水性聚氨酯
1. 加入乳化剂，高速分散（外乳化法），稳定性差； 2. 结构中引入亲水链段（内乳化法），常用方法；
三、水性聚氨酯的制备
2. 制备方法
四、水性聚氨酯性能表述
1. 类型
芳香族和脂肪族水性聚氨酯； 聚酯、聚醚或混合型水性聚氨酯 阳离子、阴离子和非离子水性聚氨酯 ； 单组份、双组份水性聚氨酯 热固、热塑型水性聚氨酯 线型、交联型水性聚氨酯 改性（杂化）型水性聚氨酯
四、水性聚氨酯性能表述
三、水性聚氨酯的制备
1.

II.
制备原料
多异氰酸酯
脂肪族异氰酸酯，常用的主要有六亚甲基二异氰酸酯(HDI) 、3-异氰酸酯基亚甲基-3,5,5-三甲基环己基二异氰酸酯简 称异佛尔酮二异氰酸酯（IPDI）、4,4-二环己基甲基二异氰 酸酯（H12MDI）和四亚甲基二异氰酸酯（TMXDI）等。 它们具有很好的光稳定性和柔韧性，同时耐水解性比芳香族 二异氰酸酯要好，因而用其合成的PU产品的储存稳定性好。 高品质的PUD一般采用脂肪族或脂环族异氰酸酯为原料。
八、水性聚氨酯发展趋势
现阶段对水性聚氨酯的要求
1. 尽量减少有机溶剂用量，最终达到无溶剂，将水性 聚氨酯变成真正意义上的环境友好材料 目前可采取的方法：
一是选择合适的配方与原料工艺降低预聚物的粘度 二是选择反应型稀释剂，待分散完全后再进行后续反应以减少 有机溶剂单体的存在
八、水性聚氨酯发展趋势
现阶段对水性聚氨酯的要求
2. 更高的力学性能与黏结强度，特别是初始黏结强度 目前可采取的方法：主要是在扩链、分散手段和微 观结构上做工作，更多的采用双组分水性聚氨酯
六、水性聚氨酯的改性
2. 有机硅改性水性聚氨酯
在涂膜中向表面富集，赋予涂膜优良的耐水性、耐 候性、耐酸碱性、耐高低温胜和良好的机械性能， 得到了广泛的研究与应用； 有机硅分子链上必须含有能与异氰酸酯中的NC0反 应的活性基团，如羟基、氨基、乙烯基、环氧基等
六、水性聚氨酯的改性
3. 含氟水性聚氨酯
制备方法
(1)PU乳液和PA乳液共混，外加交联剂进行共聚形成PUA复合乳液； (2)先合成PU聚合物乳液，以此为种子乳液再进行丙烯酸酯乳液聚 合，形成具有核／壳结构的PUA复合乳液； (3)两种乳液以分子线度互相渗透，然后进行反应，形成高分子互穿 网络的PUA复合乳液； (4)合成带C=C双键的不饱和氨基甲酸酯单体，然后将该大单体和其 它丙烯酸酯单体进行乳液共聚 ，得到PUA共聚乳液
我国的水性聚氨酯研制开发多以PPG为主要低聚物多元醇 原料，近年来，PTMG由于其优良的机械强度以及耐水解性， 应用越来越广泛 。
三、水性聚氨酯的制备
1. 制备原料