一文读懂水性聚氨酯(WPU)的特点

2022-05-27 15:51:17 199

聚氨酯即聚氨基甲酸酯(PU),是一种主链上含重复氨基甲酸酯基团(—NHCOO)的有机高分子化合物。聚氨酯类高分子材料具有耐磨、耐高温、粘结性好、便于加工、价格优惠等优点,但部分聚氨酯的防水性、耐热性较差,需要用特定的方法改性,以达到优化的目的。水性聚氨酯(WPU)以水作为分散介质,避免了传统有机溶剂污染严重、危害人体健康等缺点,同时节约了大量有机溶剂,大大降低了成本。随着人们环保意识的不断提高,各地环保法规也日趋完善,水性聚氨酯成为关注热点,基于其不易燃烧、安全性高、易于改性的优势,被广泛应用于涂料、胶黏剂、织物整理剂和涂层剂等。

水性聚氨酯的分类

按照分散状态,水性聚氨酯可分为水溶性聚氨酯、聚氨酯分散体和聚氨酯乳液,其特点如下:

水性色浆

按照乳化方法,水性聚氨酯可分为内乳化法和外乳化法,内乳化法是指聚氨酯链段中含有亲水性成分,因而无需乳化剂即可形成稳定乳液的方法;外乳化法是指分子链中仅含少量不足以自乳化的亲水性链段或基团,或完全不含亲水性成分,添加乳化剂,通过机械搅拌强制分散成稳定乳液的方法,其特点如下:

通过对比,外乳化法制备的乳液中,由于亲水性小分子乳化剂的残留较多,影响固化后聚氨酯胶膜的性能,而内乳化法消除了此弊病,因此,水性聚氨酯的制备以离子型内乳化法为主,内乳化法根据亲水扩链剂的不同又可分为阴离子型水性聚氨酯,阳离子型水性聚氨酯,非离子型水性聚氨酯等。

根据使用方法,水性聚氨酯一般可分为单组分水性聚氨酯和双组分水性聚氨酯,单组分水性聚氨酯可直接使用,操作简便,开放时间长;双组分水性聚氨酯必须先与水可分散型异氰酸酯固化剂混合均匀后使用,混合后的胶必须在一定时间内用完。

以亲水性基团的性质分类。根据聚氨酯分子侧链或主链上是否含有离子基团,即是否属离子键聚合物,水性聚氨酯可分为阴离子型、阳离子型、非离子型。含阴、阳离子的水性聚氨酯又称为离聚物型水性聚氨酯。不含离子基团的称为非离子水性聚氨酯。其中阴离子型水性聚氨酯又可分为磺酸型和羧酸型;根据合成单体种类不同,可分为聚酯型、聚醚型和聚醚-聚酯型;根据选用的二异氰酸酯类型不同,可分为甲苯二异氰酸酯(TDI)型、二苯基甲烷二异氰酸酯(MDI)型、异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)型等。

以聚氨酯原料分类。按主要低聚物多元醇类型可分为聚醚型、聚酯型及聚烯烃型等,分别指采用聚醚多元醇、聚酯多元醇、聚丁二烯二醇等作为低聚物而制成的水性聚氨酯。还有聚醚-聚酯、聚醚—聚丁二烯等混合类型。以聚氨酯的异氰酸酯原料分,可分为芳香族异氰酸酯型、脂肪族异氰酸酯型、脂环族异氰酸酯型。

水性聚氨酯的组成

水性聚氨酯主要由大分子多元醇、多异氰酸酯、亲水扩链剂、扩链剂、成盐剂、催化剂、交联剂和其它助剂组成。

大分子多元醇

构成聚氨酯(PU)的柔性链段—软段,常温呈无规卷曲状,使PU具有一定的柔顺性,其结构与分子量影响PU的耐水性、耐溶剂性、硬度和粘结性、涂层手感等性能。常用的多元醇有己二酸系聚酯多元醇、聚丙二醇、聚乙二醇、聚四氢呋喃多元醇、聚碳酸酯多元醇、聚己内脂多元醇、端羟基聚二甲基硅氧烷等。

多异氰酸酯

构成PU的刚性链段—硬段,内聚能大,室温硬段微区呈玻璃态次晶或微晶,其结构影响PU的耐候性、硬度、耐溶剂性、耐低温性和耐磨性等性能。常用的脂肪族多异氰酸酯有异佛尔酮二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯和二环己基甲烷二异氰酸酯,1,4-环己烷二异氰酸酯等,芳香族多异氰酸酯有甲苯二异氰酸酯,二苯基甲烷二异氰酸酯等。

扩链剂

扩链剂主要作用为增加聚氨酯分子量,提供硬段含量。常用的有小分子醇类扩链剂和胺类扩链剂,如:乙二醇、二乙二醇、1,4-丁二醇、新戊二醇、丙二醇、异佛尔酮二胺、乙二胺等。

亲水扩链剂

水性聚氨酯的重要原料,提供亲水官能团,常用的亲水扩链剂有二羟甲基丙酸、二羟甲基丁酸、乙二胺基乙磺酸钠、N-甲基二乙醇胺、三乙醇胺等。

成盐剂

与亲水官能团反应,提供稳定的乳液。常用的成盐剂有三乙胺、氨水、氢氧化钠、乙酸、盐酸等。

催化剂

选择性调控-NCO与-OH和H2O的反应速率,常用的催化剂有叔胺类和有机金属类催化剂,如:三乙胺、N,N-二甲基环己胺、三亚乙基二胺、辛酸亚锡、二月桂酸丁基锡、异辛酸铋、乙酸钾等。

交联剂

将线性PU交联为体型,提高PU的耐水性、硬度和耐溶剂性等。常用的交联剂有三羟甲基丙烷、三乙醇胺、甘油、二乙烯三胺等。

其它助剂

根据行业使用需求和法律法规要求,常常需要添加消泡剂、流平剂、触变剂、光稳定剂、抗氧剂等。

水性聚氨酯的应用

水性聚氨酯具有低VOC、气味小、不燃、易改性和优良的机械性能的优点,被广泛应用于一下行业领域:

纺织业

由于WPU的渗透性比溶剂型聚氨酯的渗透性小得多,故在薄层织物上用作涂饰剂可保持织物的柔软性,可提高其染色深度、牢度,改善织物的耐磨性、抗皱性、回弹性、耐水性、耐热性及耐洗涤性等。

汽车业

在汽车工业中,车体零部件、内外饰件,特别是各种塑料件使用的涂料,车身表面涂装使用的涂料(即汽车漆)以及修补车身的修补漆等,都广泛采用了WPU涂料,可显著降低VOC的排放。

木器业

WPU涂料的另一大应用领域是木器漆,它不仅柔韧性、耐磨性、低温成膜性和丰满度好,而且强度大、不回黏。

建筑业

建筑涂料可能是未来WPU涂料的最大应用领域之一,尤其是和丙烯酸乳液混用,可以满足建筑涂料对弹性、耐沾污性、耐候性以及成本合理的要求。


水性色浆

涂料业

水性聚氨酯涂料以其安全、无毒、无溶剂挥发、附着力强和耐高低温等特点,在涂料行业得到广泛关注。但是普通水性聚氨酯涂料在空气中可燃,具有较大的安全隐患,同时该种涂料耐水性较差,应用领域受限。为了使水性聚氨酯涂料应用更加广泛和安全,就需要对其进行功能化改性。各国科学工作者开展了大量的研究工作,研制开发了多种具有特殊性能的水性聚氨酯涂料,扩大了水性聚氨酯涂料的应用范围。

水性色浆

阻燃型水性聚氨酯涂料

在建筑材料表面涂上涂料可以增加其寿命,然而目前使用的大多数涂料无法抵御火灾。因此,增加涂层的耐火性至关重要。其中阻燃型水性聚氨酯涂料,由于其环保和用途广泛等优点,引起了人们的广泛关注。关键词:涂料色浆,色浆厂家,色浆,色浆配方,高浓度水性色浆,油漆色浆,乳胶漆色浆,通用色浆,环保色浆,双组分涂料色浆,2KPU色浆,聚氨酯涂料色浆

防腐型水性聚氨酯涂料

由于水性聚氨酯涂料的分散剂为水,其涂膜具有较差的耐化学性和耐溶剂性,若要达到防腐的要求,就要对其进行改性,增加其防腐性能。

防水型水性聚氨酯涂料

水性聚氨酯含有亲水性软段,这些亲水性软段使水性聚氨酯具有亲水性的同时也极易被水分破坏。因此,对于某些有耐水要求的应用领域需要对其进行防水改性。

水性色浆

防霉型水性聚氨酯涂料

水性涂料是一个富含营养的体系,当温度适宜时,就会有大量霉菌和细菌进行繁殖,使其在生物传感器、净水器等领域的应用受到影响。因此,制备防霉型水性聚氨酯涂料尤为重要。

其它功能化水性聚氨酯涂料

除上述几类功能化水性聚氨酯涂料以外,科研人员根据需求还先后研制开发了导电、环保、减震、生物降解和自修复等功能化的水性聚氨酯涂料。

水性聚氨酯胶黏剂

水性聚氨酯黏合剂黏结性能好,胶膜物性可调节范围大,除可用作各种基材的涂层胶外,还可用于多种基材的黏结,目前已经广泛使用在鞋胶、汽车内饰胶、真空吸塑胶、木工胶等。

水性聚氨酯涂层

水性聚氨酯作为涂饰剂具有良好的耐寒性、耐溶剂、成膜性、耐曲折、耐干湿擦、粘合力等优点,已经广泛使用在皮革涂饰剂、织物涂层、汽车清漆等。

水性聚氨酯油墨连接料

水性聚氨酯作为油墨连接料,具有优异的附着力、展色性、柔韧性及耐磨性等。


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