水性聚氨酯开发与应用    叶青萱  陆冬贞
    叶青萱  陆冬贞    自１９４３年德国Ｐ．Ｓｃｈｌａｃｋ制得聚氨酯乳液以来，由于它对包括玻
    自１９４３年德国Ｐ．Ｓｃｈｌａｃｋ制得聚氨酯乳液以来，由于它对包括玻璃和聚合物纤维在内的许多表面具有良好的胶接性，对塑料等表面又无侵蚀作用，加之顺应环境保护和消防法规要求，因而逐步渗入过去仅用溶剂型的工业领域。    一、性能
    一、性能    水性聚氨酯与丙烯酸酯树脂乳液、丁二烯胶乳等其它水性树脂比，有以下优点：
    水性聚氨酯与丙烯酸酯树脂乳液、丁二烯胶乳等其它水性树脂比，有以下优点：    （１）可制得水溶性、分散液和乳液等多种形式的水性聚氨酯。
    （１）可制得水溶性、分散液和乳液等多种形式的水性聚氨酯。    （２）对含增塑剂多的软质ＰＶＣ、含脂肪的皮革以及较难粘的聚酯等材料均
    （２）对含增塑剂多的软质ＰＶＣ、含脂肪的皮革以及较难粘的聚酯等材料均有优越的粘结性。    （３）不仅具有卓越的低温性能，耐热性也好。
    （３）不仅具有卓越的低温性能，耐热性也好。    （４）不失聚氨酯的固有特性。近年，各国高度重视其制品和应用技术的开发，
    （４）不失聚氨酯的固有特性。近年，各国高度重视其制品和应用技术的开发，使之有可能满足某些高性能、高功能性的应用要求。目前用量虽不多，但在水性树脂中占有特殊地位。    二、制法
    二、制法    因氨基甲酸酯能与含活泼氢的化合物发生加成反应，而不能像一般树脂那样可
    因氨基甲酸酯能与含活泼氢的化合物发生加成反应，而不能像一般树脂那样可通过自由基乳液聚合法制得。异氰酸酯与水的反应性很大，故增添了制造上的复杂性。    从水性化技术分类，水性聚氨酯有强制乳化型和自乳化型两类。前者分散体粒
    从水性化技术分类，水性聚氨酯有强制乳化型和自乳化型两类。前者分散体粒径较粗，机械稳定性差，物性不能满足应用要求，应用面相对较窄。    １９７５年开发成功自乳化型水性聚氨酯，从而得到既无添加型乳化剂，机械
    １９７５年开发成功自乳化型水性聚氨酯，从而得到既无添加型乳化剂，机械稳定性又良好的高性能聚氨酯乳液，其应用领域也随之逐步拓开。    水性聚氨酯的合成方法很多。目前工业上常用丙酮法。利用胺基（特别是脂肪
    水性聚氨酯的合成方法很多。目前工业上常用丙酮法。利用胺基（特别是脂肪胺）与异氰酸酯基的反应速度远快于水，可形成聚氨基甲酸酯- 聚脲共聚物这一水性聚氨酯典型结构的原理来制备。制造关键在于如何控制十分迅速的异氰酸酯- 胺基反应以及分子量增高后的粘度变大。水性聚氨酯与聚氨酯一样，可按其性能等要求设计分子结构，选择适宜的多元醇、异氰酸酯和扩链剂的种类、配比以及生产工艺条件。    水性聚氨酯本身已是一类良好的胶粘剂、涂层物。为适应各种用途要求，选择
    水性聚氨酯本身已是一类良好的胶粘剂、涂层物。为适应各种用途要求，选择适宜的配方和加工工艺至关重要。通常加入固化剂、增粘剂、流平剂、浸透剂、颜料、填料、分散剂或乳化剂等配合剂。必要时尚可与丙烯酸酯、ＥＶＡ、ＳＢＲ、ＮＢＲ或ＣＲ等乳液混用。    除胶膜性能外，应控制制品的固含量、粘度和ｐＨ值，以便使用。贮存时必须
    除胶膜性能外，应控制制品的固含量、粘度和ｐＨ值，以便使用。贮存时必须防止其腐败、冻结和ｐＨ值的变化，避免与酸和多价金属接触。    为简化生产工艺，提高安全性和经济性，有关人员正研制新的脱溶剂法，甚至
    为简化生产工艺，提高安全性和经济性，有关人员正研制新的脱溶剂法，甚至在合成时少用或不用助溶剂。为缩短胶膜干燥时间，可设法提高制品固含量及改进干燥设备等。高沸点溶剂如Ｎ-甲基-２- 吡咯烷酮或二甲基甲酰胺等与水可共混，含有约１０％的该溶剂的水性聚氨酯有良好的成膜性，在干法复合膜生产中复合效果优异。    以丙烯酸酯改性的紫外光固化水性聚氨酯可替代传统的双液溶剂催化型或无溶
    以丙烯酸酯改性的紫外光固化水性聚氨酯可替代传统的双液溶剂催化型或无溶剂光固化型聚氨酯。其特点是不含有反应性稀释剂，可挥发性有机物含量低；可喷涂施胶，余胶易被擦除；制品在交联固化前可修整；触干时间短，制品可堆跺，缩小加工场地。这是一类有发展前途的水性聚氨酯。    三、用途
    三、用途    因价格和性能问题，以往水性聚氨酯作为改良剂常与其它类型树脂乳液掺混使
    因价格和性能问题，以往水性聚氨酯作为改良剂常与其它类型树脂乳液掺混使用。近１０余年，水性聚氨酯发展很快，虽目前用量尚不多，但涉及的应用领域已较广，在木材加工、涂料、轻纺、皮革、造纸、胶粘剂及建筑等工业部门已获应用。发达国家已在汽车内饰件方面开始以水性聚氨酯替代溶剂型作胶粘剂使用。预期今后几年将会加快替代步伐。    １．皮革涂饰剂
    １．皮革涂饰剂    水性聚氨酯成膜性优良、遮盖力强、胶接牢固，可起到革面与着色物的胶接作
    水性聚氨酯成膜性优良、遮盖力强、胶接牢固，可起到革面与着色物的胶接作用；涂层耐寒、耐热、耐磨、富有弹性。涂饰后的成品革手感丰满、舒适、透气，尤其在剖面革上涂了水性聚氨酯后，改善其抗裂、匀整和光滑程度，可大幅度提高成品革的等级。    不同涂层（底层、中间层、顶层）对成膜物性能的要求不同。改变聚氨酯原料
    不同涂层（底层、中间层、顶层）对成膜物性能的要求不同。改变聚氨酯原料和配方可配制成适合各层涂饰要求的水性聚氨酯。    我国生产的水性聚氨酯中很大一部分是用作皮革涂饰剂，以克服丙烯酸酯类的
    我国生产的水性聚氨酯中很大一部分是用作皮革涂饰剂，以克服丙烯酸酯类的热粘冷脆问题。我国是世界原料皮的主要出产地之一，猪皮资源占世界第一位。如何合理、有效地利用此丰富资源，关键之一是提高其加工和涂饰技术。丹东轻化工研究所曾研制成功一系列皮革涂饰剂。例如ＤＰＵ- ８０００聚氨酯乳液皮革涂饰剂系列是由聚己内酯、脂肪族及芳香族二异氰酸酯、扩链剂和成盐化合物等为原料，经聚合、乳化而成。乳液粒径＜０．５μｍ，固含量为２６±２％，粘度为１０～１２Ｐａ．ｓ。成膜物的抗张强度为１．０６～１．７１Ｎ／ｍｍ，伸长率为３４０％～９０６％，随不同用途而异。产品室温贮存期为１年以上，适用于作猪、牛、羊皮鞋面革，高档服装等软面革、光面毛革两用皮革的涂饰材料。分底、中、上层涂饰剂。    合肥安大科招精细化工厂研制生产的ＰＵ- Ｔ复合改性水乳型聚氨酯皮革顶层
    合肥安大科招精细化工厂研制生产的ＰＵ- Ｔ复合改性水乳型聚氨酯皮革顶层涂饰剂的含固量为２０％，硬度为９０，膜拉伸强度为３０．２ＭＰａ，伸长率为４１０％。其聚氨酯分子结构中的硬段成分为６０％。配方中含有手感改性剂，使涂层表面可形成有一定强度和良好手感的膜层；含有流平改性剂，可明显降低乳液的表面张力，提高流平性，避免喷涂时形成“雾滴”，改善膜层外观和物理性能。该顶层涂饰剂与该厂产品ＰＵ-Ｐ、ＰＵ-１０２、ＰＵ- ３０２水乳型聚氨酯配套在软牛面革、软修面革上涂饰，其膜的干、湿擦牢度均为５级，耐折２万次。    国内外尚用阳离子型、环氧改性型、有机硅改性型和丙烯酸酯改性型和亚硫酸
    国内外尚用阳离子型、环氧改性型、有机硅改性型和丙烯酸酯改性型和亚硫酸氢钠封闭型等水性聚氨酯作皮革涂饰剂，以满足不同用途的需求。世界上丙烯酸酯涂饰剂约占皮革涂饰剂的６０％，我国约占８０％。其优点很多，但涂膜存在热粘冷脆、塑感强等缺点。将其改性是国内外研究者致力研究的课题。改性方法有共混、共聚、互穿网络和核壳复合乳化等技术，尤以聚氨酯- 聚丙烯酸酯核壳复合乳化技术更能体现出两种不同化学性能组成的协同效应，互补缺陷。现国内外均有商品。    ２．织物涂层和加工
    ２．织物涂层和加工    织物涂层整理是纺织后整理中发展起来的一种加工技术，它可使织物和纤维改
    织物涂层整理是纺织后整理中发展起来的一种加工技术，它可使织物和纤维改变外观和风格，增加各种功能，提高制品的附加价值。    经水性聚氨酯加工整理的织物有可缝制性，防水、防油、防污、防起毛起球、
    经水性聚氨酯加工整理的织物有可缝制性，防水、防油、防污、防起毛起球、耐磨、耐寒、抗裂等性能，可将其用于耐久定型整理、防皱、防缩整理、防起毛、起球整理、防水透气涂层和仿皮涂层等。    上海新光化工厂生产系列聚氨酯涂层剂，其中铁锚１０５水溶性聚氨酯树脂系
    上海新光化工厂生产系列聚氨酯涂层剂，其中铁锚１０５水溶性聚氨酯树脂系一茶色透明粘稠液，含固量为３８％～４０％。该树脂适用于丝、毛、棉及混纺织物、针织起毛织物、中长仿毛起绒织物等的后整理。经该树脂整理后的织物具有丰满、滑爽、柔软、光亮等特性，富有弹性、毛感强，织物的撕破力、耐磨性和抗皱性得以提高，且可改善织物的耐洗性，提高防静电、防污能力。    利用水性聚氨酯涂层剂可阻拦增塑剂渗析的功能，已将其广泛应用于汽车、沙
    利用水性聚氨酯涂层剂可阻拦增塑剂渗析的功能，已将其广泛应用于汽车、沙发等座垫及房屋内饰件用的乙烯基基材的涂层。又利用其沉积于羊毛纤维表面可达到防毡缩的作用，国内外已将其用于羊毛防缩加工。    水性聚氨酯尚能用作印染助剂，如涂料印花浆和染料的粘合剂以提高牢度，又
    水性聚氨酯尚能用作印染助剂，如涂料印花浆和染料的粘合剂以提高牢度，又用作印染后整理剂以提高耐刷洗性，无醛整理剂或游离醛捕捉剂以改善工业卫生等等。    ３．胶粘剂
    ３．胶粘剂    （１）木材胶粘剂
    （１）木材胶粘剂    水性聚氨酯能在室温或较高温度下胶接木材，具有初粘性高、胶接性能优良、
    水性聚氨酯能在室温或较高温度下胶接木材，具有初粘性高、胶接性能优良、对较湿木材也能适应等优点；胶层耐热、耐热水、耐老化；无游离甲醛释放，无污染和腐蚀木材之弊。这些均为传统木材用胶粘剂所不及。其价格虽高，但施胶量小，胶接能耗低，早已吸引了欧、日、美等消费水平较高国家的木材加工业。    水性聚氨酯木材胶粘剂的发展与合理利用森林资源的社会效益有着密切联系。
    水性聚氨酯木材胶粘剂的发展与合理利用森林资源的社会效益有着密切联系。大连油漆厂早已有该类产品。有的单位正在研制集成材用胶，如南京林产化学工业研究所研制成功的该类胶粘剂可用于结构集成材制作，胶接强度高，且耐沸水煮。    （２）ＰＶＣ材胶粘剂
    （２）ＰＶＣ材胶粘剂    水性聚氨酯对增塑剂的屏蔽作用，使其能良好胶接软ＰＶＣ材料，且可与其它
    水性聚氨酯对增塑剂的屏蔽作用，使其能良好胶接软ＰＶＣ材料，且可与其它水性树脂胶粘剂配伍，改善后者对软ＰＶＣ的胶接性。也可将其用于汽车内饰件等的胶接，鞋靴或再生皮革等的制造。    （３）复合胶粘剂
    （３）复合胶粘剂    水性聚氨酯在薄膜干法复合和印刷复合的性能相似于溶剂型胶粘剂。也可用作
    水性聚氨酯在薄膜干法复合和印刷复合的性能相似于溶剂型胶粘剂。也可用作热复合成型胶粘剂。    水性聚氨酯尚能用作涂料、玻璃纤维集束剂、纸浸渍处理剂等。
    水性聚氨酯尚能用作涂料、玻璃纤维集束剂、纸浸渍处理剂等。