水性聚氨酯的改性及性能研究

水性聚氨酯是指将聚氨酯溶解在水里或分散于水中而形成的一种聚氨酯分散体系，具有广泛的粘接性，突出的耐油、耐冲击、耐磨、耐低温性，弹性好、无毒、无污染、无溶剂残留。因此，水性聚氨酯的应用并逐步取代溶剂型聚氨酯是未来的发展趋势。水性聚氨酯首次出现于１９４３年，于１９７２年量产。之后经过２０多年的飞速发展后，水性聚氨酯在性能方面已有重大突破。我国水性聚氨酯的研究和应用起步较晚，上世纪７０年代出现了水性聚氨酯的皮革涂饰剂，是从荷兰Ｓｔａｈｌ公司引进。２０世纪８０年代，我国对水性聚氨酯乳液的研制逐渐活跃，研发了大量产品，主要集中在皮革涂饰剂领域，其他方面如涂料、胶粘剂、织物涂层及整理也有少量开发。目前国内具规模的水性聚氨酯生产厂依然较少，产品性能较国外产品仍然有不小的差距，对于水性聚氨酯的复合、共混或改性研究也处在基础研究阶段。
 

１　水性聚氨酯的改性研究

水性聚氨酯在耐水性、固含量以及机械强度方面较溶剂型聚氨酯有差距。为了提高水性聚氨酯的综合性能，扩大应用范围，可对其进行适当改性。目前改性途径有改进单体和合成工艺，添加助剂，实施交联，优化复合。最为普遍和有效的改性工艺就是改进合成单体与优化复合。

１．１　改进合成单体

改进单体与合成工艺是研究最早及最多的方法。因此，早期的水性聚氨酯合成单体，往往停留在改变脂肪族和芳香族多异氰酸酯，或者改变软段多元醇的分子量以及使用不同聚醚或聚酯多元醇方面。对于亲水单体的选择种类也较单一。随着合成技术的不断发展，可用于聚氨酯合成的多异氰酸酯和多元醇也呈现出多样化。如多异氰酸酯中的苯基二异氰酸酯、具有反式结构的环烷基二异氰酸酯以及直链烷烃二异氰酸酯，这都极大丰富了聚氨酯合成的可选单体种类。在多元醇方面，Ｋｉｍ等利用聚己二酸２，４－二乙基－１，５－环戊烷基酯二元醇（ＰＤＰＡＤ）合成了优良的耐水解的水性聚氨酯。Ｐａｒｋ等利用ＰＤＰＡＤ和聚１，４－环己二酸２，４－二乙基－１，５环戊烷基酯多元醇（ＰＤＰＣＤ）分别合成水性聚氨酯，并利用含氟低聚物对其进行改性，耐水解性能大为提高，在材料上的水滴接触角增长显著。同时，还发现利用ＰＤＰＣＤ合成的水性聚氨酯较单纯的ＰＤＰＡＤ 合成的产物机械性能方面有显著地增强。Ａｒｕｎａ和Ｋｕｍａｒ利用水性聚氨酯预聚体与扩链剂二酰肼反应，制备一系列不同亲水单体与二酰肼比例的水性聚氨酯。通过检测，在作为鞋用皮革胶粘剂方面，该系列水性聚氨酯具有较好的剪切强度和剥离强度。Ｂａｏ等人利用侧链上带有亲水离子基团的软段多元醇，即马来酸酐改性的蓖麻油与异佛尔酮二异氰酸酯反应合成了水性聚氨酯，研究了ＮＣＯ／ＯＨ摩尔比对于聚合物结构的影响，发现随着ＮＣＯ／ＯＨ摩尔比的增加，乳液粒径分布变宽，平均粒径尺寸变大。Ｔｓａｉ，Ｈｏｎｇ等对三官能度异氰酸酯进行改性，得到一种侧链带有非离子亲水基团的二异氰酸酯，并以此为聚合单元合成了一系列非离子和阳非离子水性聚氨酯，对其热力学性能、乳液粒径等进行了较为系统的研究。在合成的目标聚合物性能表征方面的工作也逐渐细化。以脂肪族异氰酸酯合成的水性聚氨酯较之芳香族异氰酸酯具有更好的光学稳定性，不宜产生黄变。亲水单体在主链结构上的水性聚氨酯较之侧链接枝亲水单体的水性聚氨酯，其微相分离受到影响，因此影响了其热力学性能与机械性能。