水性聚氨酯配制方法.docx

1. 低聚物多元醇：聚醚二醇、聚酯二醇、聚醚三醇、聚丁二烯二二醇、丙烯酸酯多元醇等水性聚氨酯胶粘剂制备中常用的低聚物多元醇一般以聚醚二醇、聚酯二醇居多，有时还 使用聚醚三醇、低支化度聚酯多元醇、聚碳酸酯二醇等小品种低聚物多元醇聚醚型聚氨酯 低温柔顺性好，耐水性较好，且常用的聚氧化丙烯二醇(PPG)的价格比聚酯二醇低，因此， 我国的水性聚氨酯研制开发大多以聚氧化丙烯二醇为主要低聚物多元醇原料由聚四氢呋喃 醚二醇制得的聚氨酯机械强度及耐水解性均较好，惟其价格较高，限制了它的广泛应用聚酯型聚氨酯强度高、粘接力好，但由于聚酯本身的耐水解性能比聚醚差，故采用一般 原料制得的聚酯型水性聚氨酯，其贮存稳定期较短但通过采用耐水解性聚酯多元醇，可以 提高水性聚氨酯胶粘剂的耐水解性国外的聚氨酯乳液胶粘剂及涂料的主流产品是聚酯型的 脂肪族非规整结构聚酯的柔顺性也较好，规整结构的结晶性聚酯二醇制备的单组分聚氨酯乳 液胶粘剂，胶层经热活化粘接，初始强度较高而芳香族聚酯多元醇制成的水性聚氨酯对金 属、RET等材料的粘接力高，内聚强度大其他低聚物二醇如聚碳酸酯二醇、聚己内酯二醇、聚丁二烯二醇、丙烯酸酯多元醇等， 都可用于水性聚氨酯胶粘剂的制备。

聚碳酸酯型聚氨酯耐水解、耐候、耐热性好，易结晶， 由于价格高，限制了它的广泛应用2. 异氰酸酯:TDI、MDI、IPDI、HDI 等制备聚氨酯乳液常用的二异氰酸酯有TDI、MDI等芳香族二异氰酸酯，以及TDI、MDI、 HDI： MDI等脂肪族、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 水解性比芳香族二异氰酸酯制成的聚氨酯好，因而水性聚氨酯产品的贮存稳定性好国外高 品质的聚酯型水性聚氨酯一般均采用脂肪族或脂环族异氰酸酯原料制成，而我国受原料品种 及价格的限制，大多数仅用TDI为二异氰酸酯原料多亚甲基多苯基多异氰酸酯一般用于制备乙烯基聚氨酯乳液和异氰酸酯乳液3. 扩链剂：1，4一丁二醇、乙二醇、己二醇、乙二胺等水性聚氨酯制备中常常使用扩链剂，其中可引入离子基团的亲水性扩链剂有多种，除了 这类特种扩链剂外，经常还使用1，4一丁二醇、乙二醇、一缩二乙二醇、己二醇、乙二胺、 二亚乙基三胺等扩链剂由于胺与异氰酸酯的反应活性比水高，可将二胺扩链剂混合于水中 或制成酮亚胺，在乳化分散的同时进行扩链反应4. 水：蒸馏水、离子水水是水性聚氨酯胶粘剂的主要介质，为了防止自来水中的32+、寸+等杂质对阴离子型 水性聚氨酯稳定性的影响，用于制备水性聚氨酯胶粘剂的水一般是蒸馏水或去离子水。

除了 用作聚氨酯的溶剂或分散介质，水还是重要的反应性原料，合成水性聚氨酯目前以预聚体法 为主，在聚氨酯预聚体分散与水的同时，水也参与扩链由于水或二胺的扩链，实际上大多 数水性聚氨酯是聚氨酯一脲乳液(分散液)，聚氨酯一脲比纯聚氨酯有更大的内聚力和粘接力， 脲键的耐水性比氨酯键好5. 亲水性扩链剂：二羟甲基丙酸(DMPA). 二羟基半酯、乙二胺基乙磺酸钠、二亚乙基三胺等亲水性扩链剂就是熊引入亲水性基团的扩链剂这类扩链剂是仅在水性聚氨酯制备中使 用的特殊原料这类扩链剂中常常含有羧基、磺酸基团或仲胺基，当其结合到聚氨酯分子中， 使聚氨酯链段上带有能被离子化的功能性基团6. 成盐剂：HCL、醋酸、环氧丙烷7. 溶剂：丙酮、甲乙酮、甲苯等8. 乳化剂：聚氧化乙烯-氧化丙烯共聚物9. 交联剂：环氧树脂、三聚氰胺-甲醛树脂、多异氰酸酯10. 增稠剂：羧甲基纤维素、羟甲基纤维素等水性异氰酸酯胶1. 异氰酸酯乳液异氰酸酯化合物或含端NC0基预聚体分散于水而形成的分散液称为异氰酸酯乳液疏 水性的多异氰酸酯一般很难乳化于水而形成稳定的乳液但通过某些方法可使异氰酸酯乳化， 形成乳液1.可乳化MDlRobertsonJ. R.等人1983年报道，市场上有一种可乳化的MDI产品，该MDI产品能简单地 与水搅拌形成微细颗粒的水性乳液，形成的低粘度乳液具有优秀的机械稳定性，但因为存在 的异氰酸酯基团与水缓慢反应，适用期一般只有2-3 h，不过即使粘度增大到不能使用的程 度，NCO的含量仍能保持原有的90%。

并且在相当大的MDI乳液浓度范围内适用期变化不 大，但当异氰酸酯浓度大于70%时，适用期缩短；升高温度使适用期缩短几个小时的适 用期对大多数应用来说已经足够，但如果需要大量的乳液，则可以通过可乳化MDI与水在 静态混合器连续乳化可乳化MDI产品的出现，提供了把游离异氰酸酯从水介质施加到基 材的一种方法这种异氰酸酯乳液的应用包括：作为木材、织物、混凝土、橡胶等的处理剂 和底涂剂，水性胶乳的交联剂，木材胶粘剂， 等等用MDI乳液粘接木材，虽然其价格比通常的“三醛树脂”(脲醛、酚醛、三聚氰胺一甲 醛)胶粘剂贵，但它具有以下优点：无刺激性甲醛放出；胶粘剂用量可减少到常规量的6% —7%，用量是酚醛树脂的一半左右；压制时间短，相当于酚醛树脂的40% ；对木材含水量 要求低；可采用水性“三醛树脂”制板设备；板耐水性好，可降低板密度据称，上述可乳化MDI还可与聚醚或聚酯制成预聚体，再与水混合形成乳液，所得异 氰酸酯乳液作胶粘剂用预聚体NCO含量一般控制在10%-20%，低于此范围，则粘度大， 乳化困难含NCO基团的预聚体乳液能形成柔韧的胶膜，并且成本比MDI乳液低可乳化MDI的分子结构未透露，估计是MDI经改性而得。

例如异氰酸酯经磺化可得到 含磺酸基团的异氰酸酯；又如TDI上的甲基经氯化再叔胺化可得含季胺盐基团的异氰酸酯化 合物通过在异氰酸酯上接上亲水性氧化乙烯链节也可得到能分散于水的异氰酸酯化合物2. 封闭型异氰酸酯封闭型异氰酸酯化合物或封闭型聚氨酯预聚体乳化于水形成的乳液，从实质上讲也是异 氰酸酯乳液，不过，所含的不是游离的异氰酸酯基团，而是保护了的异氰酸酯，当水分挥发 后再加热时，异氰酸酯基团再生，参与交联固化2. 水性乙烯基聚氨酯在醋酸乙烯乳液、丙烯酸酯乳液、丁苯胶乳等乙烯基聚合物乳液或聚乙烯醇、羧甲基纤 维素的水溶液中，将多异氰酸酯(或其预聚体)的有机溶液分散而成的水性胶粘剂，称为水性 乙烯基聚氨酯胶粘剂，又称为水性高分子异氰酸酯胶粘剂(API)、乳液聚合物异氰酸酯(EPl)与异氰酸酯乳液的不同之处是，水性乙烯基聚氨酯是在水性高分子(一般是乙烯基树脂) 中分散而得不过，从实质来说，乳液中同样存在异氰酸酯基团和异氰酸酯乳液一样，未 受保护的异氰酸酯基团不能稳定地在水中稳定存在，加入异氰酸酯形成的水性乙烯基聚氨酯 胶粘剂有适用期，因为活性的异氰酸酯基团与水性乙烯基树脂及水缓慢反应，使胶粘剂粘度 增大，一般几个小时后就凝胶，失去使用价值。

一般商品水性乙烯基聚氨酯胶粘剂是双组分型胶粘剂，以上述水性乙烯基树脂、填料、 或及表面活性剂的混合物为主剂，以聚合MDI等具有2个以上NCO基团的多异氰酸酯、溶 剂或及稳定剂的混合物为交联剂在使用前，异氰酸酯溶液搅拌分散于主剂中交联剂中的 异氰酸酯基团与水性高分子及木材等基材中所含的活性氢基团反应，可得到牢固的粘接层异氰酸酯化合物及其预聚体在水中几乎没有溶解性，但它们能溶于有机溶剂，无需再外 加乳化剂，异氰酸酯溶液能在PVA水溶液或乙烯基合成树脂乳液中很好地分散，在水分挥 发过程及干燥后，异氰酸酯与水性树脂或水反应，产生耐水、耐热的固化物水性乙烯基聚氨酯胶粘剂可在常温下固化，但为了使异氰酸酯基团反应完全，并产生交 联键，以提高粘接力和耐水性，最好是热压处理日本专利介绍了水性乙烯基聚氨酯胶粘剂的制造方法可用于制造水性乙烯基聚氨酯胶粘剂的异氰酸酯有：PAPI、MDI、TDI、TDI—TMP加成 物、三苯基甲烷三异氰酸酯、HDI、XDI、H12MDI等多异氰酸酯，以及它们与聚醚或聚酯制 成的端NCO基团预聚体最常用于水性乙烯基聚氨酯胶粘剂的多异氰酸酯是多亚甲基多苯 基多异氰酸酯(PAPI)光洋公司的乙烯基合成树脂乳液一般均含有PVA,适宜的PVA聚合度范围为300—2500, 皂化度80%—100%。

PVA的质量百分浓度以5%—20%范围为宜原则上，凡是能溶解异氰酸酯化合物或预聚体的溶剂都能用于该胶粘剂，如脂肪族及芳 香族烃类、酮类、酯类（包括酯类增塑剂）但试验表明，与水不相容的有机溶剂比较合适， 配制的胶粘剂具有良好的粘接力、耐水性好因为若溶剂和水不相容，水不能很快进入由异 氰酸酯和溶剂组成的微细液滴，溶剂有保护液滴内部异氰酸酯基团不与水反应的作用，使胶 有合适的可使用期例如用一种水性乙烯基聚氨酯胶粘剂作为三合板（单层板厚0.7 / 1.4 / 0.7mm）板层之间的胶粘剂，胶的涂布量约270g/m2，1 MPa冷压20min，再120°C l MPa 热压l min还可在胶中加入如淀粉等增量剂，粘土、高岭土、滑石粉等填料，以防止胶粘剂对木材 的过分浸渍，这些成分还能与胶粘剂中的异氰酸酯基团反应，赋予粘接力和耐水性水性乙烯基聚氨酯胶粘剂主要用于木材加工（如胶合板、刨花板制造，各种木材的粘接）， 还可用于金属板、纸张、PVC塑料、合成板材、泡沫塑料、混凝土等材料的粘接例如铝板、 钢板与发泡聚烯烃材料之间可用水性乙烯基聚氨酯胶粘剂粘贴，得到的复合材料可用于隔音 材料水性乙烯基聚氨酯胶粘剂的优点是：成本比溶剂型聚氨酯胶粘剂低，耐水性优良，粘接 速度快，但缺点是加异氰酸酯组分后可使用时间短。

水性聚氨酯的应用最初的水性聚氨酯是以纤维或皮革处理剂为主要目的开发的随着性能的不断改善，应 用范围也越来越广用途包括涂料、胶粘剂（粘合剂）、处理剂、乳液聚合高分子乳化剂等等水性聚氨酯的主要用途如下1 .涂层剂（1）皮革涂层聚氨酯材料柔韧、耐磨，可用作天然皮革及人造革的涂层剂及补伤剂我国自 70年代就有水性聚氨酯皮革涂饰剂开发，80年代末、90年代初发展较快，类型以阴离子型 聚醚型为主，用于替代丙烯酸酯树脂乳液皮革涂饰剂，处理高档天然皮革时它克服了丙烯酸 酯树脂的“热粘冷脆”的缺点，经涂饰的皮革手感柔软丰满它可与丙烯酸酯树脂共混使用 聚氨酯涂饰的皮革可用于靴鞋、服装、女士包等⑵织物涂层可用于多种织物的涂层剂，例如帆布、服装面料、传送带涂层3）纤维处理剂棉纤维、化学纤维经聚氨酯乳液稀溶液浸渍，脱水，热处理，可改善手感、 耐折痕性和防缩性4）塑料涂层尼龙、ABS等表面涂层5) 地板涂层可用于体育馆、室内木地板的涂层，混凝土地板的涂层，耐磨、耐冲击，光泽 度好6) 其他材料的涂层，如纸张涂层、汽车内装饰件涂层⑺底涂剂2 .胶粘剂(粘合剂)和溶剂型聚氨酯胶粘剂一样，水性聚氨酯胶粘剂粘接性能好，胶膜物性可调节范围大， 可用于许多应用领域。

除可用作各种基材的涂层胶，可用于多种基材的粘接和粘结1) 多种层压制品的制造，包括：胶合板，食品包装复合塑料薄膜，织物层压制品，各种薄 层材料的层压制品，如软质PVC塑料薄膜或塑料片与其他材料(如木材、织物、纸、皮革、 金属)的层压制品2) 植绒粘合剂、人造革粘合剂、玻纤及其他纤维集束粘合剂、油墨粘合剂3) 普通材料的粘接，如汽车内装饰材料的粘接水性聚氨酯用于胶粘剂用途时，一般必须进行调配，以适合施工条件及基材等因素以 水性聚氨酯为基础，可添加交联剂、增稠剂、填料、增塑剂、颜料、其他添加剂、其他类型 水性树脂及水施胶之前必须将浆料搅拌均匀，还需考虑各添加剂对水性聚氨酯的短期稳定 性有无影响为了获得较高的耐水性、耐热性及粘接强度，目前许多水性聚氨酯体系已流行 使用交联剂，组成双组分体系，这和单组分溶剂型(挥发型)聚氨酯胶粘剂体系有点类似颜 料一般必须预先分散在水中，再加人水性聚氨酯增稠剂一般在最后添加在喷涂场合，为 了改善粘流性和对基材的润湿性。