水性聚氨酯分散体以水取代传统溶剂作为分散介质, 使用时具有不燃、气味小、 无毒、无污染、节能、 价廉、 操纵方便等优点, 而且在性能上仍具有一般溶剂型聚氨酯所具有的高光泽、高耐磨性、 高弹性、高粘结性、 耐水、 耐候、 耐化学药品和对各种基材的良好附着性能, 从而在很大程度上取代了溶剂型聚氨酯, 是一种极具潜力的/ 绿色材料。 水性聚氨酯分散体代替溶剂型的聚氨酯也将是聚氨酯产业的发展方向。

1 水性聚氨酯分散体的基本制备方法

1.1 NMP的使用

      在欧洲, N M P 在水性聚氨酯 PU D 中的允许添加量为10% 。 美国也是如此。

      NM P 在合成过程中不能除去, 它可作为增塑剂( 成膜助剂) , 提高对低表面张力底材的附着力。

      丙酮可以作为 N M P 的代替品, 并且在合成分散体以后可以用蒸馏的方法将其分离出来。

1.2 预聚体合成过程

      用分子量为 20000~ 30000 的聚合物来制备分散体, 可以提供更高的柔韧性( 超过 600% 的延展性) 和附着力, 适用在柔韧底材上( 橡胶、 皮革) 。

1. 2. 1 第一步, 预聚

      主要原料与 N M P 在 85°C 条件下, 加入 D M PA , 在 110°C条件下抽真空( < 100mbar ) 0.5h, 冷却到 60°C , 破坏真空, 加入DBT D L( 每 150g 预聚体加入 100LL ) , 在 20min 内加入 IPDI,在最高温度不超过 70°C 条件下, 保持反应 3~ 4h( 直到 N CO含量值恒定或低于理论值) , 也可以加入其他的聚酯或聚醚多元醇重复上述反应。 冷却到 55°C , 加入足够量的 N M P 使黏度接近水的黏度, 用三乙胺中和, 加入量为理论数量的 100%~ 120% ( 作为中和剂 T EA 效果不是特别明显) , 反应 30min直到 pH 值达到 8~ 9( 用湿式石蕊试纸测试) 。

1. 2. 2 第二步, 分散

     将预聚体保持 80°C条件, 在强力搅拌下逐滴加入到 25°C的水中, 如果添加速度过快, NCO 会与水产生剧烈反应, 而导致黏度迅速上升。

1. 2. 3 第三步, 扩链

      加用适量水稀释过的 EDA , 反应 2h 后, 过滤。 EDA 的加入量占能够与预聚物的 NCO 反应量的 80% 。

2 制备水性聚氨酯分散体的注意事项

2. 1 预聚体的制备注意事项

      异氰酸酯的滴加方式会影响最终预聚物的结构性能, 最重要的就是在滴加过程中不断搅拌。在聚酯多元醇与短链的醇混和使用时, 再添加短链醇时, 要先保证聚酯多元醇已经先和异氰酸酯完全反应。体系的 pH 值要接近于 8~ 9。

2. 2 分散步骤注意事项

      需要用一个高速的搅拌器; 预聚体需逐滴加入, 并注意不要从搅拌器的正上方加入( 避免聚合物弄脏搅拌器) ; 当水温在 25 °C 时, 滴加 80°C 的预聚物。 要注意保证水和预聚体的黏度是最小( 较易混合) , 并要避免异氰酸酯与水反应的太过剧烈; 保持水的 pH 值接近预聚体的 pH 值。

      我们的制备方法是把预聚物加入到水中。 如果把水加入到预聚物中, 黏度会更高。 这就需要有一个更强的搅拌器。

2. 3 扩链步骤注意事项

      乙二胺应用水稀释, 这样可以避免 ED A 的凝结( 这样会使分散体的粒径太粗) 。 扩链反应一定要在预聚物已经完全
分散后进行。

3 结 语

      在国内, 水性聚氨酯分散体目前仍处在发展阶段, 也是今后的热点所在。 其优越的产品性能成为替代溶剂型聚氨酯的最佳产品。 而随着整个社会环保意识的增强, 国家也出台了相关政策, 为具有良好环保性质的水性聚氨酯提供了广阔的市场空间。