水性聚氨酯的合成原理及其应用
河北科技大学 肖继君
提要
一、水性聚氨酯的分类 二、自乳化法制备单组分水性聚氨酯的原理 三、双组分水性聚氨酯的制备原理
四、水性聚氨酯的应用
一、水性聚氨酯的分类
• 按分散状态分类 水溶液 分散液 乳液 • 按亲水基团的性质分类 阴离子 阳离子 非离子 混合型
一、水性聚氨酯的分类
四、水性聚氨酯的应用
• 实例：植物油改性水性聚氨酯
c. 中和
O O O CH3 O O O OCN R NH CO CO NH R NH CO CH2 C CH2 CO NH R NH CO CO NH R NCO COOH
C2H5 N C2H5 C2H5
O O O CH3 O O O OCN R NH CO CO NH R NH CO CH2 C CH2 CO NH R NH CO CO NH R NCO COO NH(C2H5)3
二、自乳化法制备单组分水性聚氨酯 的原理
• 低聚物多元醇 聚醚二元醇 聚酯二元醇 其他低聚物二元醇：聚碳酸酯二元醇 聚己内酯二元醇 聚丁二烯多元醇 蓖麻油类多元醇 丙烯酸酯多元醇
二、自乳化法制备单组分水性聚氨酯 的原理
• 多异氰酸酯 芳香族多异氰酸酯：TDI、MDI 脂肪族多异氰酸酯：HDI 脂环族多异氰酸酯：IPDI、H-MDI
四、水性聚氨酯的应用
• 实例：植物油改姓水性聚氨酯 b. 预聚体的制备
HO OH + 2 OCN R NCO
O O OCN R NH CO OC NH R NCO CH2OH CH3CH2 C COOH CH2OH O O O CH2CH3 O O O OCN R NH CO CO NH R NH CO CH2 C CH2 CO NH R NH CO CO NH R NCO COOH
• 按水性化方法分类 内乳化法（自乳化法） 外乳化法 • 按使用形式分类 单组分水性聚氨酯 热固性 含封闭异氰酸酯 双组分水性聚氨酯
光固化 PUA
一、水ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ聚氨酯的分类
内乳化法（自乳化法） 溶液法 预聚体法 熔融分散缩聚法 酮亚胺和酮连氮法 保护端基乳化法
二、自乳化法制备单组分水性聚氨酯 的原理
1. 主要原料 • 低聚物多元醇 • 多异氰酸酯 • 扩链剂 • 溶剂 • 封端剂 • 成盐剂
四、水性聚氨酯的应用
三、双组分水性聚氨酯的制备原理
1. 水性含羟基组分 • 端羟基的聚氨酯水分散体
三、双组分水性聚氨酯的制备原理
2. 水可分散的多异氰酸酯组分
三、双组分水性聚氨酯的制备原理
2. 水可分散的多异氰酸酯组分
三、双组分水性聚氨酯的制备原理
2. 水可分散的多异氰酸酯组分
NCO R N H2C O C N R NCO N R NCO CH2
二、自乳化法制备单组分水性聚氨酯 的原理
• 扩链剂 二羟甲基丙酸（DMPA)
二羟甲基丁酸（DMBA) 氨基磺酸盐 羟基磺酸盐
二、自乳化法制备单组分水性聚氨酯 的原理
• 溶剂 丙酮 丁酮 甲乙酮 二氧六环
二、自乳化法制备单组分水性聚氨酯 的原理
• 封端剂 醇类 酚类 肟类
二、自乳化法制备单组分水性聚氨酯 的原理
CH3 O S O OH HN
N
CH3
-
O3S
O O C C NH R N N R NCO N H2C CH2 N R NCO
四、水性聚氨酯的应用
1. 水性聚氨酯涂料 • 水性木器漆 • 汽车修补漆 • 船舶漆 • 建筑涂料 • 皮革涂饰剂 • 合成革浆料 • 织物涂层 • 涂布纸
四、水性聚氨酯的应用
四、水性聚氨酯的应用
• 实例：植物油改性水性聚氨酯 d. 扩链 、分散
OCN NCO + NH2 CH2 CH2 NH2
O O NH C NH CH2 CH2 NH C NH
四、水性聚氨酯的应用
2. 水性聚氨酯胶粘剂 • 汽车胶粘剂 • 木材胶粘剂 • 鞋用胶粘剂 • 服装用胶粘剂 • 复合软包装用胶粘剂
四、水性聚氨酯的应用
2. 水性聚氨酯胶粘剂 • 复合软包装用胶粘剂 a. 复合软包装材料的特点 功能：屏蔽、可印刷、热封 应用领域：食品、医药、化妆品、办公用品等 复合薄膜的基本材料：纸、塑料、铝箔、干法纸 复合薄膜的形式：玻璃纸/塑料、纸/塑料、塑料/塑 料、纸/金属箔、塑料/金属箔、玻璃纸/塑料、金属 箔等
1. 水性聚氨酯涂料 • 皮革涂饰剂 涂饰是皮革制造过程中的一个重要环节。 涂饰可增加皮革美观和耐用性能、提高皮革档 次、增加花色品种和扩大适用范围。 常见的皮革涂饰剂：酪素涂饰剂 丙烯酸涂饰剂 硝化纤维涂饰剂 聚氨酯涂饰剂
四、水性聚氨酯的应用
1. 水性聚氨酯涂料 • 皮革涂饰剂 水性聚氨酯涂饰剂的特点 生产安全环保 成膜性能好、遮盖力强、粘结牢固、耐低 高温、耐水、耐磨、有弹性 涂饰后的成革手感丰满、舒适。 水性聚氨酯涂饰剂的研究开发特点 工艺上、制备方法、皮革应用方面
四、水性聚氨酯的应用
1. 水性聚氨酯涂料 • 皮革涂饰剂 涂饰剂的发展趋势 水性聚氨酯涂饰剂逐渐占主导地位 单一涂饰剂向复合型及多功能涂饰剂发展 单组分慢慢向双组分过渡
四、水性聚氨酯的应用
• 实例：植物油改性水性聚氨酯 工艺路线
醇解物 聚醚多元醇 IPDI 二羟甲基丁酸 丙 酮
预聚反应
引入亲水扩链剂
降
粘
乳 液
分
散
扩
链
中
和
蒸馏水
扩链剂
中和剂
四、水性聚氨酯的应用
• 实例：植物油改性水性聚氨酯 a. 醇解
O CH2OH H2C O C R1 O CH3CH2C CH2OH + HC O C R2 O CH2OH H2C O C R3 CH2OH LiOH △ O CH2O C R
O CH3CH2C CH2 O C R + HC OH CH2OH CH2OH
• 成盐剂 三乙胺 氨水 氢氧化钠
二、自乳化法制备单组分水性聚氨酯的 原理
2. 单组份水性聚氨酯的合成原理 • 预聚体的制备 • 中和 • 扩链、分散
二、自乳化法制备单组分水性聚氨酯的 原理
2. 单组份水性聚氨酯的合成原理
三、双组分水性聚氨酯的制备原理
1. 水性含羟基组分 • 端羟基的聚氨酯水分散体 • 水性聚酯多元醇 • 水性丙烯酸酯多元醇 • 水性丙烯酸聚氨酯 2. 水可分散的多异氰酸酯组分