水性聚氨酯固化劑的研究
聚氨酯是一種含有重復(fù)氨基甲酸酯的高分子材料，傳統(tǒng)溶劑型聚氨酯中所含的有機溶劑易燃、易爆、有毒，對人體和環(huán)境都有不良影響。 隨著人們環(huán)保意識的增強，水性聚氨酯材料逐漸受到重視。 水性聚氨酯以水為松散介質(zhì)，具有不易燃、環(huán)保、無毒、安全等優(yōu)點。 已廣泛應(yīng)用于涂料、粘合劑、皮革合成物、彈性體、建材、織物清洗、高分子表面活性劑等領(lǐng)域。 水性聚氨酯分為單組分水性聚氨酯和雙組分水性聚氨酯。 本發(fā)明單組分水性聚氨酯無需加入交聯(lián)劑即可獲得所需應(yīng)用功能，但由于其線性結(jié)構(gòu)，交聯(lián)度低，分子中含有親水基團，在硬度、耐水性和耐溶劑性方面存在一定缺陷，應(yīng)用規(guī)劃受到限制。 此外，該雙組分水性聚氨酯交聯(lián)密度高、膜硬度高、耐磨性好、附著力強等優(yōu)異力學(xué)性能和耐水性、耐溶劑等化學(xué)性能，在一定程度上彌補了單組分水性聚氨酯的不足，可作為高檔材料使用，是水性聚氨酯的發(fā)展趨勢。 雙組分水性聚氨酯基本上由含羥基的多元醇組分和含異氰酸酯基(NCO)的水性固化劑組分組成。 作為水性聚氨酯的重要組分，水性異氰酸酯的組成和結(jié)構(gòu)是根據(jù)水性聚氨酯的物理和機械應(yīng)用、耐候性和耐介質(zhì)性等化學(xué)功能而選擇的。 因此，水性聚氨酯固化劑的研究是水性聚氨酯應(yīng)用的關(guān)鍵。
異氰酸酯可分為不同脂肪族異氰酸酯和芳香族有機異氰酸酯。脂肪族異氰酸酯首要有六亞甲基二異氰酸酯（HDI）、異佛爾酮二異氰酸酯（IPDI）、氫化苯基部分甲烷二異氰酸酯（H12MDI）等;芳香族異氰酸酯首要有甲苯二異氰酸酯（TDI）、二苯基氧化甲烷二異氰酸酯（MDI）、多次亞甲基多苯基多采用異氰酸酯（PAPI）等。
1.1脂肪族異氰酸酯
芳香族異氰酸酯的主要原料為甲苯，價格相對低廉，制備的芳香族聚氨酯具有優(yōu)異的力學(xué)性能。以MDI為原料，采用熔融聚合法制備了劉身凱等環(huán)保型聚氨酯地坪固化劑。該固化劑毒性低，快干，漆膜的耐沖擊性、耐磨性優(yōu)異，推廣性好。但是芳香族水性聚氨酯固化劑也存在一些問題:一是苯環(huán)的存在只是簡單的導(dǎo)致數(shù)據(jù)變黃，所以只能用于低檔涂料和膠粘劑產(chǎn)品；其次，與脂肪族異氰酸酯相比，芳香族異氰酸酯具有更高的活性。當與多元醇組分混合時，NCO基團與水反應(yīng)更快，導(dǎo)致成膜過程中副反應(yīng)更多，影響涂料的功能和作用。
二 聚氨酯作為固化劑的親水改性
親水改性常用辦法有外乳化法和內(nèi)乳化法。外乳化法是直接將乳化劑參與其間，進行物理混合。外乳化法存在粒徑巨細不同大、相容性差、乳化劑成膜后簡單游離于成膜物表面等問題，使得成膜物表面具有親水性，涂膜的耐水性下降。因此，外乳化法只能運用于制備對耐水性要求不高的資料。內(nèi)乳化法是在聚氨酯預(yù)聚體中直接引入親水基團或含有親水基團的擴鏈劑進行化學(xué)改性，制備出的固化劑與水混合后，分子中親水基團朝向水相，不光可以保護NCO基團，且親水基團的互相排擠可以使多異氰酸酯安穩(wěn)的在水中松散;固化成膜后，成膜物中不存在游離的親水性小分子，較外乳化法在耐水性、耐溶劑性及物理機械功用等方面均有顯著改進。依據(jù)引入親水基圖的品種，親水改性首要可分為非離子改性、離子改性、非離子和離子混合改性。
異氰酸酯可分為不同脂肪族異氰酸酯和芳香族有機異氰酸酯。脂肪族異氰酸酯首要有六亞甲基二異氰酸酯（HDI）、異佛爾酮二異氰酸酯（IPDI）、氫化苯基部分甲烷二異氰酸酯（H12MDI）等;芳香族異氰酸酯首要有甲苯二異氰酸酯（TDI）、二苯基氧化甲烷二異氰酸酯（MDI）、多次亞甲基多苯基多采用異氰酸酯（PAPI）等。
1.1脂肪族異氰酸酯
HDI和IPDI是通常用作水性聚氨酯固化劑的脂族異氰酸酯。 HDI異氰酸酯具有亞甲基長鏈、固化劑粘度低、易被多元醇組分疏松、易流動的平膜、優(yōu)異的柔韌性和耐劃傷性。 然而，HDI固化劑不能完成計劃生產(chǎn)，主要原因是：1、材料依賴進口；HDI的兩個NCO基團具有相同的活性，聚合反應(yīng)只是形成深層聚合物，生產(chǎn)工藝要求高，去除過量的HDI單體需要設(shè)備投資大、工藝困難、成本高。 因此，這種固化劑通常僅用作高級涂料、飛機涂料、汽車涂料、軍事工業(yè)和固體火箭推進劑和涂料中的高級材料。 IPDI異氰酸酯為脂族環(huán)狀結(jié)構(gòu)，固化劑組成干燥速度快、硬度高、耐磨性好、耐化學(xué)性好，但由于粘度高，不易被多元醇組分疏松，膜的光滑度和光澤度不如HDI固化劑。 由脂肪族異氰酸酯組成的聚氨酯固化劑性能優(yōu)良，但價格昂貴，限制了其在我國的應(yīng)用。
芳香族異氰酸酯的主要原料為甲苯，價格相對低廉，制備的芳香族聚氨酯具有優(yōu)異的力學(xué)性能。以MDI為原料，采用熔融聚合法制備了劉身凱等環(huán)保型聚氨酯地坪固化劑。該固化劑毒性低，快干，漆膜的耐沖擊性、耐磨性優(yōu)異，推廣性好。但是芳香族水性聚氨酯固化劑也存在一些問題:一是苯環(huán)的存在只是簡單的導(dǎo)致數(shù)據(jù)變黃，所以只能用于低檔涂料和膠粘劑產(chǎn)品；其次，與脂肪族異氰酸酯相比，芳香族異氰酸酯具有更高的活性。當與多元醇組分混合時，NCO基團與水反應(yīng)更快，導(dǎo)致成膜過程中副反應(yīng)更多，影響涂料的功能和作用。
二 聚氨酯作為固化劑的親水改性
親水改性常用辦法有外乳化法和內(nèi)乳化法。外乳化法是直接將乳化劑參與其間，進行物理混合。外乳化法存在粒徑巨細不同大、相容性差、乳化劑成膜后簡單游離于成膜物表面等問題，使得成膜物表面具有親水性，涂膜的耐水性下降。因此，外乳化法只能運用于制備對耐水性要求不高的資料。內(nèi)乳化法是在聚氨酯預(yù)聚體中直接引入親水基團或含有親水基團的擴鏈劑進行化學(xué)改性，制備出的固化劑與水混合后，分子中親水基團朝向水相，不光可以保護NCO基團，且親水基團的互相排擠可以使多異氰酸酯安穩(wěn)的在水中松散;固化成膜后，成膜物中不存在游離的親水性小分子，較外乳化法在耐水性、耐溶劑性及物理機械功用等方面均有顯著改進。依據(jù)引入親水基圖的品種，親水改性首要可分為非離子改性、離子改性、非離子和離子混合改性。
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