《水性聚氨酯的合成》PPT課件

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1、水性聚氨酯的合成水性聚氨酯的合成第一章前言1.1聚氨酯1.2水性聚氨酯1.3水性聚氨酯的合成1.4水性聚氨酯的應(yīng)用1.5前景水性聚氨酯的合成1.1聚氨酯1.1.1聚氨酯的簡介聚氨酯的結(jié)構(gòu)它由多異氰酸酯（如，二異氰酸酯OCN-R-NCO）與多元醇（如，二元醇HO-R-OH）反應(yīng)而成，其中氨基甲酸酯鏈段是重復(fù)的結(jié)構(gòu)單元。聚氨酯結(jié)構(gòu)中具有類似酰胺基團(tuán)及酯基團(tuán)的結(jié)構(gòu)，因此，聚氨酯的化學(xué)與物理性質(zhì)介于聚酰胺和聚酯之間。水性聚氨酯的合成1.2水性聚氨酯水性聚氨酯(WaterbornePolyurethane，簡稱WPU)是以水為介質(zhì)的二元膠態(tài)體系，包括聚氨酯水溶液、水

2、分散液和水乳液三種。聚氨酯粒子分散于連續(xù)的水相中，也稱之為水性PU或水基PU。它具有無毒，不易燃燒，不污染環(huán)境，節(jié)能，安全可靠，不易損傷被涂飾表面，易操作和改性等優(yōu)點(diǎn)。水性聚氨酯的合成1.2.1水性聚氨酯的分類以外觀分，水性聚氨酯可分為聚氨酯水溶液（粒經(jīng)<1nm）、聚氨酯分散體（粒經(jīng)1nm～100nm）和聚氨酯乳液（粒經(jīng)>100nm）。以親水性基團(tuán)的電荷性質(zhì)分，水性聚氨酯可分為陰離子型水性聚氨酯、陽離子型水性聚氨酯和非離子型水性聚氨酯。以合成單體分水性聚氨酯可分為聚醚型、聚酯型和聚醚、聚酯混合型。以產(chǎn)品包裝形式分水性聚氨酯可分為單組分水性聚氨酯和雙組分水性

3、聚氨酯。水性聚氨酯的合成1.3.1水性聚氨酯的合成原料1.3.1.1多異氰酸酯水性聚氨酯合成的多異氰酸酯包括芳香族和脂肪族兩大類。芳香族主要有TDI（甲苯二異氰酸酯）、MDI（二苯基甲烷二異氰酸酯）；脂肪族主要有HDI（六亞甲基二異氰酸酯）、IPDI（異佛爾酮二異氰酸酯）。水性聚氨酯的合成1.3.1水性聚氨酯的合成原料1.3.1.2低聚物多元醇水性聚氨酯合成用低聚物多元醇主要包括聚醚型、聚酯型兩大類，它構(gòu)成聚氨酯的軟段。1.3.1.3擴(kuò)鏈劑為了調(diào)節(jié)分子量及軟、硬段比例，在水性聚氨酯合成中常使用擴(kuò)鏈劑。擴(kuò)鏈劑主要是多官能度醇類或胺類化合物。1.3.1.4親水

4、劑（親水性擴(kuò)鏈劑）親水性擴(kuò)鏈劑指能在水性聚氨酯大分子主鏈上引入親水基團(tuán)的擴(kuò)鏈劑，它是水性聚氨酯制備中使用的功能單體。該類擴(kuò)鏈劑中帶有羧基、磺酸基或叔胺基，結(jié)合有此類基團(tuán)的聚氨酯經(jīng)中和、離子化，即呈現(xiàn)水溶性。水性聚氨酯的合成1.3.1水性聚氨酯的合成原料1.3.1.5中和劑（成鹽劑）中和劑是一種能和羧基、磺酸基或叔胺基成鹽的試劑。水性聚氨酯使用的中和劑是三乙胺、氨水、鹽酸及醋酸等。1.3.1.6溶劑水性聚氨酯預(yù)聚體制備時(shí)粘度較大，為方便傳質(zhì)、傳熱，尤其是后期的乳化，必須加入適當(dāng)?shù)娜軇?.3.1.7水水性聚氨酯中水是分散介質(zhì)，為提高穩(wěn)定性，此時(shí)應(yīng)使用去離子水

5、或蒸餾水。水性聚氨酯的合成1.3.2水性聚氨酯的合成1.3.2.1合成機(jī)理水性聚氨酯的合成可分為兩個(gè)階段：第一階段為預(yù)逐步聚合，即由低聚物二醇、擴(kuò)鏈劑、水性單體、二異氰酸酯通過溶液逐步聚合生成分子量為103量級的水性聚氨酯預(yù)聚體；第二階段為中和后預(yù)聚體在水中的分散。根據(jù)擴(kuò)鏈反應(yīng)的不同，自乳化法主要有丙酮法和預(yù)聚體分散法。水性聚氨酯的合成1.3.2水性聚氨酯的合成1.3.2.2乳化原理利用中和劑或成鹽劑，使水性聚氨酯的側(cè)基(COOH)或叔氨基(NR3)在高速攪拌作用下分散于水中。中和劑或成鹽劑的選擇原則是:使樹脂穩(wěn)定性好，色淺外觀好且經(jīng)濟(jì)易得。乳化過程中，理

6、想的狀態(tài)是聚氨酯大分子鏈上的疏水部分曲卷聚集在乳膠中心。親水基團(tuán)分布在乳膠粒表面并指向外圍水相，粒子界面上離子結(jié)合體的分裂作用形成雙電層，通過化學(xué)鍵連接在聚氨酯骨架上的陰（陽）離子保留固定在粒子表面，而離子則遷移至粒子周圍的水相中，在微球表面形成N電勢的電荷層，從而加強(qiáng)了水分散體的穩(wěn)定性。水性聚氨酯的合成1.3.2水性聚氨酯的合成1.3.2.3制備方法(1)丙酮法(相轉(zhuǎn)變法)該方法是在丙酮中合成帶有親水基團(tuán)的PU預(yù)聚體，慢慢加水，達(dá)到一定量時(shí)發(fā)生相轉(zhuǎn)變，水成為連續(xù)相，而被溶劑溶脹的PU粒子成為不連續(xù)相，成為PU水分散液，在加水前可以將-NCO封閉起來，使用

7、時(shí)加熱交聯(lián)。(2)預(yù)聚物混合法(固體自分散法)該方法是先制備帶有親水基團(tuán)的端-NCO預(yù)聚物，然后分散在水中，制成水分散體，此法需加少量溶劑，使其粘度下降。(3)融熔分散法先制成含親水基團(tuán)的-NCO封端預(yù)聚物，與尿素反應(yīng)，生成親水性的縮二脲預(yù)聚物，分散在水中，與甲醛反應(yīng)進(jìn)行擴(kuò)鏈或交聯(lián)。(4)酮亞胺&酮連氮法該方法使用封閉型二元胺(酮亞胺或酮連氮)作為潛擴(kuò)鏈劑加到親水性-NCO能封端預(yù)聚物中，二者不會發(fā)生作用，當(dāng)水分散該混合物時(shí)，由于酮亞胺的水解速度比-NCO與水的反應(yīng)速度快，釋放出二元胺與預(yù)聚物反應(yīng)，生成擴(kuò)鏈的聚氨酯2脲。水性聚氨酯的合成1.3.3水性PU的

8、性能改進(jìn)1.3.3.1內(nèi)交聯(lián)該方法是在合成水性PU時(shí)，引入三維結(jié)構(gòu)