1、冠志化工水性聚氨酯培训,1 水性聚氨酯的概述1 .1 聚氨酯的定义聚氨酯（polyurethane）是聚氨基甲酸酯的简称 ,是主链上含有重复氨基甲酸酯基团 (NHCOO)的大分子化合物的统称。聚氨酯是由有机二异氰酸酯或多异氰酸酯与二羟基或多羟基化合物加聚而成。根据所用原料官能团的不同，可以是线性结构或体型结构。水性聚氨酯是指聚氨酯溶解于水或分散于水中而形成的一种聚氨酯树脂。,PU分散粒子微观特征,PU粒子通过水化层稳定分散,1.2 水性聚氨酯的分类 1.2.1 按分散状态分类按分散状态分类可分为聚氨酯水溶液、聚氨酯分散液、聚氨酯乳液。1.2.2 按使用形式分类按使用形式分为单组份和双组份两类。
2、,1.2.3 按亲水性基团的性质分类 根据聚氨酯分子侧链和主链上是否含有离子基团，水性聚氨酯可分为阴离子型、阳离子型、非离子型和混合型。阴离子型 分子主链或侧链上含有阴离子型亲水性基团阳离子型 分子主链或侧链上含有铵离子或锍离子非离子型 分子中不含有离子基团混合型 分子结构中同时具有离子型及非离子型亲水基团或链段,1.2.4 按聚氨酯原料分类 按低聚物多元醇类型分类按异氰酸酯原料,聚醚型 聚酯型 聚烯烃型,芳香族 脂肪族 脂环族,1.2.5 按聚氨酯树脂的整体结构分类聚氨酯乳液乙烯基聚氨酯乳液多异氰酸酯乳液封闭型聚氨酯乳液线型（热塑性）交联型（热固性）,按原料及结构,按分子结构,内交联型 外交
3、联型,1.2.6 按聚氨酯的水性化方法分类外乳化法自乳化法,按水性化方法,预聚体法 丙酮法 熔融分散法 酮亚胺连氮法,1.3 性能1.3.1 水性聚氨酯液体性质（1）粒径对其性能的影响粒径越小，乳液外观越透明。（2）乳液稳定性乳液稳定性是聚氨酯乳液的首要性质，即要求在一定存放时间内不发生沉淀变质。,（3）表面张力表面张力是关系到水性聚氨酯对基材润湿性的重要因素。水性聚氨酯的表面张力一般为0.04-0.06N/m，水的表面张力为0.073N/m。（4）黏度黏度是水性聚氨酯产品的性能指标之一。（5）成膜性水性聚氨酯的最终状态为固体胶膜。一般水性聚氨酯的最低成膜温度为0左右。,1.3.2 水性聚氨酯
4、涂膜性质（1）力学性能聚氨酯膜的力学性能主要包括拉伸强度、断裂伸长率和硬度。其主要取决于聚氨酯分子的结构与分子量。（2）耐水性 耐水性是聚氨酯膜的重要性能。将膜浸泡在水中，观察外观是否泛白，测定其吸水率，可以了解膜的耐水程度。（3）涂膜光泽 水性聚氨酯具有好的流平性和多种组成的相容性，是获得较高的光泽的重要条件。,1.4 水性聚氨酯的优缺点与溶剂型聚氨酯相比，水性聚氨酯具有以下优点（1）无有机溶剂（2）无臭味（3）无污染（4）粘结力强（5）耐腐蚀,与溶剂型聚氨酯相比，水性聚氨酯具有以下缺点：（1）粘度小（2）干燥速度慢（3）对非极性基材润湿性差（4）耐水性差（5）耐热性不高（6）自增稠性差（7
5、）固含量低,2 水性聚氨酯的合成：水性聚氨酯由二元或多元异氰酸酯与二元或多元羟基化合物作用而成的高分子化合物。 聚氨酯是分子结构中含有 NHCOO单元的高分子化合 物，该单元由异氰酸基和羟基反应而成。反应式如下： N=C=O + HO NH-COO,2.1 水性聚氨酯制备用原料：,2.2 水性聚氨酯合成方法外乳化法内乳化法,按水性化方法,预聚体法 丙酮法 熔融分散法 酮亚胺连氮法,内乳化法,内乳化法，又称为自乳化法，是指聚氨酯链段中含有亲水成分，因而无需乳化剂即可形成稳定乳液的方法。内乳化法制得的聚氨酯分散液粒径较小，且粒径分布较窄，分散液储存稳定，成膜后胶膜的力学和其它应用性能优良。亲水基团
6、可通过多元醇或扩链剂导人聚氨酯分 子结构中，一般多借助含亲水基团扩链引入硬段中。,内乳化过程可分为三个阶段。第一阶段：含有离子的硬段吸附水分子，破坏由离子缔合作用形成的凝胶现象，表现为粘度下降。第二阶段：水分子进入亲水相后，硬段和软段都将排列成整齐有序状态，形成凝聚体，粘度增加。第三阶段：凝聚体再分散成细颗粒，表现为粘度降低，直到粘度稳定不再变化，相转变过程已完成。其间，离子基含量、硬段结构、分散过程温度等因素，都会对分散过程产生影响。,内乳化过程,内乳化的常用方法（1）预聚体法：即在预聚体中导入亲水成分，得到一定粘度范围的预聚体，在水中乳化同时进行链增长，制备稳定的水性聚氨酯。（2）丙酮法：
7、属于溶液法，是以有机溶剂稀释或溶解聚氨酯，再进行乳化的方法。（3）熔融分散法：又称熔体分散法、预聚体分散甲醛扩链法。,外乳化法,外乳化法，又称为强制乳化法，如分子链中含有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，此时必须添加乳化剂，借助外力才能得到乳液。外乳化法工艺简单，但存在以下缺点：(1)、在分散阶段需要强力搅拌设备，搅拌工艺对分散液性能影响很大；(2)、制得的分散液粒径较大，一般大于1.0um，粒径分布宽，储存稳定性差；(3)、乳化剂的存在影响成膜后胶膜的耐水性、强韧性和粘结性等力学性能。,3 产品性能测试3.1 涂膜的制备将乳液取若干量倾倒在表面皿上，使其自然均匀的流布
8、整个表面皿，乳液厚度约2mm。在60烘箱中干燥24h，得到厚度约为0.4-0.6mm的透明聚氨酯膜。,3.2 乳液固含量的测定在室温（232），相对湿度45%-70%的条件下。将洁净的培养皿放在干燥箱内于（1302）下干燥30min，取出放入干燥器中，冷却至室温后称量。将样品搅匀后取约1-2g的试样置于已称量的培养皿中，使试样均匀的流布于培养皿的底部。然后放入干燥箱内，（1302）干燥1h后取出，放入玻璃干燥器中冷却至室温后称量，复烘30min后冷却，称重，重复上述操作，直至前后两次称量差不大于0.01g为止（全部称量精确至0.01g）。,按下列公式计算固含量：式中：X试样的固体含量，%；m1
9、培养皿的质量，g；m2烘干前试样的质量，g。m3烘干后培养皿与试样的质量，g；,表1：冠志PU固含量,3.3 冻融稳定性测试用塑料瓶装取50克的的试样，盖上盖子密封后放入冰箱内（冰箱冷冻温度约为-15），冷冻24小时后取出，常温下解冻。 观察解冻情况并跟踪观察。,3.4 涂膜耐水性测试从膜上剪取10mm25mm面积的涂膜样板一块，称取质量为m1，室温下浸泡在蒸馏水中，观察其外观随浸泡时间的变化。浸泡24h后，取出膜，用滤纸迅速吸干表面多余水分，称重m2，精确到0.01。按以下公式计算吸水率：式中：m1吸水前样板质量，g；m2吸水后样板质量，g。,表2：冠志PU吸水率,3.5 涂膜的光泽度测试将
10、将待测样品涂布在基材上，用校正好的光泽度测试仪在涂膜上取上、中、下、左、右五个点进行测试，将测得的数据去掉一个最大值和一个最小值，其它数据取平均值为所测的光泽度数据。,表3：冠志PU光泽度,3.6 力学性能测试将哑铃型试件在标准条件下放置至少2h，用厚度计测出试件标线中间和两端三点的厚度，取其算术平均值作为试样厚度，装在拉伸试验机夹具之间，夹具间标距为50mm，以500mm/min（聚氨酯类）拉伸速度拉伸试件至断裂，记录度断裂时的最大荷载，并量取此时试件标线间距离（L1），精确至0.1mm，测试5个试件，若有试件断裂在标线外，其结果无效，应采用备用件补做。,拉伸强度的确定：拉伸强度是试样拉伸至
11、断裂过程的最大应力。计算式如下：式中：P拉伸强度，MPa； F试件最大荷载，N； S试件断面面积，mm2。,断裂伸长率的确定：断裂伸长率使试样在拉力机上被拉断时的伸长与原长度的比值。用下式表示：式中：X试样的断裂伸长率，%；L原试样标线间距离，mm；L1断裂后两标线间距离，mm。,表4：冠志PU力学性能,3.7 热处理测试将划好标线的试件平放在白纸上，放入电热鼓风干燥箱内，试件与箱壁间距不得少于50mm，于（1302）下恒温4h后取出，每隔半小时观察树脂膜的变化。,表5：冠志PU耐热性,4 水性聚氨酯的应用,皮革涂饰剂 合成革浆料 汽车涂料 木器漆 玻璃漆,印花胶浆 印刷油墨 复膜胶 织物涂层胶 静电植绒胶,4.1 应用行业,玻璃漆,玻璃漆,可剥树脂,可剥树脂,木器漆,ABS塑料涂层,金属漆,印花涂层,Thank you,
