水性聚氨酯摘要：涂料技术发生一大改变，是因为挥发性有机化合物在涂料中被限制使用。
这类限制挥发性有机化合物的政府法规以及自身的性能优点造就了水性聚氨酯。
这类产品以及单组分聚氨酯以及双组分反应的水性化学反应系统被热烈讨论。
具体的例子多是在涂料表层领域。
关键词：水性聚氨酯；产品；化学；应用1. 介绍在以前，市场需求高性能以及漂亮外观是驱动用于表面涂层的树脂的发展的动力。
以前主要使用的是溶剂型系统。
之后在社会环保意识增强趋势下，变革发生了。
最后的结果就是，涂层的相关规定出台，限制溶剂（挥发性有机化合物）的排放，特别是涂料在实施之时。
这个潮流是政府法规引导的，相关的法规如美国的《清洁空气法》以及德国的《空气质量控制技术指南》等。
至此低挥发性有机化合物技术占据了涂料市场的大份额。
伴随着预计中的高固体分、粉末状发光的涂料，如欧洲的一些例子，水性系统由于自身在成组的良好发展以及在建筑中已经建立好的水性产品，会逐渐占领涂料市场。
工业涂料的要求是高性能，以前的溶剂型涂料就不能达到水性型的标准。
众所周知，溶剂型聚氨酯的成分多为溶剂。
因此溶剂聚氨酯被取代是迟早的，由于潮流需要减少溶剂的使用，所以从溶剂转换成水性的技术革新被提前了。
虽然单组分水性聚氨酯很早以前就已经被大众所认识了，但是这只被看作是一个特点。
时间回溯到50 年前。
与溶剂型系统相比，水性系统充满争议，因为水性系统是在水中工作。
但是现在问题已经解决了，并且有诸多的解决方案可用。
最初，多数是高分子、无电抗的类型。
但由于自身的局限性，又一次革新开始了，通过化学反应固化然后再加工得出双组分的水性聚氨酯。
多种多样的表现层及允许了产品领域的扩展。
包括了强硬、有弹性、耐磨损的地板涂料，还有高度弹性薄膜的塑料涂料和纺织品涂料。
今天，这些成功已经被视为高标准，并且运用到诸多产品中。
这篇文章就是介绍一些化学的基本原理以及单组分和双组分水性聚氨酯的发展2. 水性聚氨酯水性聚氨酯的基本化学成分全是从闻名的溶性聚氨酯成分中提炼的。
主要包括了二异氰酸酯、多元醇、有机胺类、催化剂和添加剂。
在预备阶段的一系列化学反应是至关重要的。
异氰酸酯（过量的）和多元醇的加聚反应可生成聚氨酯聚合物。
在第二个反应中，剩下的异氰酸酯与有机胺组分反应生成脲。
由于反应是在水中进行（过程至关重要的一步），第三个反应就是异氰酸酯和水一起反应。
最终异氰酸酯水解了，胺和脲就生成了。
聚氨酯分散体实际上是聚氨酯-聚脲分散体系,即含有氨基甲酸酯和尿素的水分散聚合物组分。
尿素组分中所需的聚氨酯是因为它们能帮助形成一个大范围的典型属性是高性能的水性聚氨酯。
异氰酸酯是氨基甲酸酯组分变成聚合物的过程中最重要的一环。
基于它们本身的结构，聚合物最终的性能会受到影响。
显著的是，脂肪族二异氰酸酯如HDI、H12MDI和IPDI都在使用中。
芳香族的甲苯二异氰酸酯和MDI则更难控制，是因为他们本身与水高度反应。
但是一些新技术可以使她们不反应。
虽然如此，它们的使用还是有限的。
多元醇在与异氰酸酯的反应中有着多方面的产品。
通过变异的分子量、结构和功能、多元醇对于最终产品的性能是至关重要的。
聚氨酯基本上是水性的。
乳化剂是用于驱散它们的。
通过使用外部乳化剂或保护胶体水性聚氨酯分散体为之后作好准备。
但是他们通常却产生更大的粒子尺寸导致不稳定。
更有利的是引入内部乳化剂的聚合物。
这些离子的和非离子的亲水性基团自然可以合并在聚合物的合成。
主要的是，这三个不同的类型是合适的。
到目前为止，最常见的是阴离子组分。
阴离子水性聚氨酯可从包含羧酸和磺酸组分的多元醇制备。
经过了多羟基化合物的障碍，阻止了潜在的反应的酸与异氰酸酯的制备。
实现溶解性、酸中和基本的化合物，如三级胺。
中和剂的选择影响色散的属性。
阳离子聚氨酯是异氰酸酯预聚物与结构单元的反应产物，其中包含三元胺、季铵化与质子酸或烷基化剂，这些就形成了聚合物中的水溶性组分。
一般来说，由于他们自身的产品性能，所以阳离子聚氨酯的重要性较小，除了在特殊的情况下。
非离子类型的水乳化聚氨酯通过合并的亲水性以及非离子型结构单元生成的。
他们大多是水溶性聚醚环氧乙烷的基础上。
功能性醚是骨干的部分，或者最好的话将其放在聚氨酯链的终止位置。
离子型水性聚氨酯与非离子型水性聚氨酯在他们的宏观行为有着诸多不同。
非离子型分散体系在不同方面获得更好的性能，包括电解质的添加、冷冻和强大的剪切力。
而且他们只对高温敏感。
基于这些结果，聚氨酯分散体与离子和非离子乳化剂构建到相同的聚合物是产生稳定的分散体系的最佳选择。
除了分散性的优点，含量低于亲水性基团的薄膜中可以降低对水的敏感性。
基本上，水性聚氨酯可以被描述为反应性或无电抗的含聚氨酯和尿素的聚合物，这些存在在内部或外部的乳化剂的水是非常稳定的。
这些不同的亲水性的变更，可以生成稳定的平均粒径在10 至200 纳米的水性聚氨酯。
3. 制备工艺制备工艺在过去30 年的发展，使得转换聚合物聚氨酯和尿素群组包含水性两相体系的工艺发展。
工艺的基本原则包括了两个步骤。
第一步是由多元醇制备低到中等分子量的异氰酸酯预聚体。
在第二步中，预聚合物链得到扩展并在水中不同方式分散，然后通过引入亲水性来达到增溶的作用。
分散体系的小颗粒大小可以产生不需要依靠外部添加表面活性剂。
根据开始组分、溶剂和流程序列，下面是常见的几种制备方法，其中也包括了最重要的：1. 丙酮法2. 预聚体分散法3. 熔融分散法4. 酮亚胺-酮连氮法5. 其他工艺在丙酮法中，链亲水性与二异氰酸酯作为原料在溶剂（丙酮）中生成聚氨酯- 聚脲。
由于聚合物形成的实现是一个相同的解决方案，所以高再生性是可能的。
通过添加水和去除溶剂，那么一个纯粹的水性分散的小粒径就形成了。
根据物质中的离子组和非离子亲水性基团的浓度，非水分散不是通过沉淀的疏水段产生，也不是反相乳液的反相转化产生的。
而预聚体分散法是常用的制造聚氨酯分散的方法。
一个亲水改性预聚合物以及异氰酸酯基的自由团体与水相混合。
链的扩展与胺类在水中的合成就相继完成。
预聚体分散法就是预聚合物加入到水中（逆过程）。
在熔融分散法过程中，离子型/ 非离子型改性氨基预脱水的形式是对尿素或氨形成一个低聚物和终端缩二脲团体齐聚物的解决方案。
在水中自分散的步骤之后，链扩展可以通过甲基化的缩二脲组与甲醛和降低pH 值启动缩聚反应。
这个过程在表面涂层的制备原料是比较不重要的。
在酮亚胺-酮连氮法中，异氰酸酯基是混合了阻塞胺（氯胺酮）或肼（酮连氮），最终分散在水相。
氨基功能是通过水解和链解放的扩展同时产生的。
相比之下，在预混合过程中，被解放的胺已经在分散粒子中均匀分布。
除了上述提到的工艺之外，还有很多其他工艺存在。
例如，一种特殊工艺是通过生产水性聚合物分散体是自由基聚合不饱和的结构单体含有聚氨酯组分与丙烯酸、甲基丙烯酸酯或其他不饱和单体。
在这种情况下，聚合物并不是通过聚氨酯或尿素混合产生，而是通过聚合形成碳碳键。
分散可以通过内部或外部的乳化剂实现的。
4. 低反应活性的水性聚氨酯在溶剂型单相聚氨酯较高的分子结构的建设，会导致高粘度。
其中一个主要原因是聚合物分子通过氢键和范德华力相互作用。
所以这些溶剂型产品在聚氨酯涂料中的产品受到了限制。
高分子的溶剂型聚氨酯的高粘度的增加，只能避免像使用水分散体的两相系统。
在这些分散剂，粘度几乎是独立的，分散的聚氨酯分子的分子量。
除了结构之外，超高分子量是在涂料中实现某些属性级别的关键。
使用上述所有生产过程，基本上可以产生三个组的高分子聚氨酯分散体。
最合适的是丙酮法和预聚体分散法。
三组分别是：1. 高分子聚氨酯分散体2. 聚丙烯酸酯/ 聚氨酯分散3. 聚氨酯分散体的混合物与其他类型的分散双键的聚合单体是在聚氨酯分散的乙烯基单体乳液与聚丙烯，聚氨酯分散体聚合生产。
其他改进的高分子量是共价键的水性聚丙烯酸酯和聚氨酯，水性聚氨酯与丙烯酸酯或其他系统混合。
随着水性聚氨酯水份的蒸发，在合并的过程中生成薄膜。
这其中可以借助于少量的溶剂。
单个的聚合物颗粒变形，因为他们被迫在一起，并最终互相扩散。
物理交联的聚合物链可能因此发生反应。
由于离子中心和氢键之间的静电引力，如弹性和拉伸强度等的薄膜性质升高了。
4.1 聚氨酯分散体的应用丙酮法中，允许生产聚氨酯分散体粒径较小和更窄的粒度分布。
从这个过程中专门设计的分散非常适合用作水性塑料涂料树脂。
一般来说，在塑料中使用的涂料必须满足的各种要求。
主要方面，如天气稳定，化学和溶剂稳定性这其中包括了模塑不受影响的力学性能，因此具有匹配的基底灵活性。
在外界的影响（应力产品），它是重要的前塑料，涂层不开裂。
高裂纹吸收基于聚氨酯分散体的塑料底漆的性能表现在渗透测试，其中金属芯棒从上面取得的试件，并穿透塑料。
即使在低温下，灵活的水性单组分底漆影响能量吸收行为。
这些偶联剂提供的性能可用于水性底漆，水性着色底漆和硬面漆的涂层系统。
偶联剂作为塑料基板和硬盘面漆之间的缓冲区。
基于HDI/IPDI 和聚碳酸酯的聚氨酯分散体已在本次测试使用。
非常适合类似分散，产生良好的光学性能在金属底漆。
其他也有应用在皮革，纺织涂层等。
4.2 缔结型增稠剂非离子型水性聚氨酯的一种特殊产品是作为关联增稠剂。
在三个不同类型中，基于疏水改性乙氧基聚氨酯（HEUR的水溶性聚合物化学是最成功的。
关于HEURs的例子有，亲水性聚环氧乙烷聚醚链接的疏水基团和二异氰酸酯的线性产品。
在一般的水性聚合物，可以被看作是复杂的复数相位系统。
关于其流变在溶剂型系统的问题的质疑很少。
此外HEURs控制剪切速率下粘度的增稠剂和部分聚合物分子之间的疏水系统。
高剪切速率下粘度的调整，提高油漆回升和传输性能（产品程序的属性）。
其他类型的影响如低剪切速率下的粘度，流平性能等。
5. 后固化低反应活性的聚氨酯分散体非常适合之前已经提到的应用范畴。
不过他们在某些方面不符合高要求的质量。
其原因是交联成膜的大分子物质数量不够，从而导致缺乏溶剂以及耐化学性。
为了提高这些属性，不同的化学以及后固化机制是必需的。
这些分为两大组：1. 单组分系统允许存储稳定涂料的配方。
他们在温度，大气中的氧气或辐射产生高度交联的薄膜的影响下反应；2. 双组分系统在室温下混合后，立即发生反应。
因此交联剂通常添加在使用前使延长产物的储存期。
5.1 单组分系统5.1.1 封端聚异氰酸酯与溶剂型系统一样，聚氨酯分散体是可与聚异氰酸酯活性官能团反应的。
为了防止与水反应，异氰酸酯必须有所保护。
这可以通过使用典型的封端剂剂，如苯酚、己内酰胺和甲基乙基酮肟。
虽然封端剂与聚异氰酸酯反应后能稳定存在在水中，但不能在咼温下保存。
他们发生反应的温度是在140和180°C之间，但是同时又存在另外一个共同的反应。
两类封端异氰酸酯之间就有了一个区分。
低聚异氰酸酯和封端剂制备的产品是疏水性的交联剂。
