封闭型阳离子水性聚氨酯的合成与应用

阳离子水性聚氨酯更新时间：XXXX-12-26 9:23:35 浏览次数：1189次水性聚氨酯树脂和其他树脂一样, 其最终制品的性能是由内部结构决定的。

阳离子型水性聚氨酯是将叔胺官能团引入到聚氨酯的大分子中而制得的。

通常用含叔胺基的二醇作扩链剂, 用烷基化剂或合适的酸进行季铵化而得到离子基团。

和普通的聚氨酯一样可用不同种类的多元醇、不同结构的二异氰酸酯、不同类型的扩链剂、不同类型的中和剂和采用不同的合成方法进行合成。

阳离子型水性聚氨酯的骨架上带有阳离子基团, 这就使其具有了一些独特的性能, 在皮革、涂料、胶粘剂、纺织和造纸等领域有着较好的应用。

此外, 阳离子水性聚氨酯对水的硬度不敏感, 且可以在酸性条件下使用。

因此, 开发出性能优异的阳离子水性聚氨酯, 其市场前景非常广阔。

1 阳离子水性聚氨酯的合成1.1 合成机理合成阳离子水性聚氨酯时, 一般通过两种途径引入阳离子。

一是用卤素元素化合物引入阳离子,该机理先将聚醚或者聚酯二醇与二异氰酸酯制成预聚体, 加入溶剂降低粘度后, 加入卤素元素化合物( 如2,3-二溴丁二酸) 扩链, 然后再加入溶剂降低粘度, 加入三乙胺季铵化, 搅拌离子化, 将离子化后的PU 分散到水中, 高速剪切乳化, 最后蒸除溶剂。

该机理的季铵化是SN2(亲核取代反应) ; 二是用叔胺化合物引入阳离子, 该机理首先将聚醚或者聚酯二醇与二异氰酸酯制成预聚体, 加入溶剂降低粘度后, 用叔胺化合物( 如N- 甲基二乙醇胺) 扩链, 再加入溶剂降低粘度, 然后加入离子化试剂如乙酸, 搅拌离子化。

将离子化后的PU 分散到水中, 高速剪切乳化, 最后蒸除溶剂。

该机理的季铵化是酸碱中和。

1.2 合成方法阳离子水性聚氨酯的合成与阴离子水性聚氨酯的合成最大的不同就是阳离子水性聚氨酯需加酸成盐, 因此一般不在水中用胺扩链, 所以阳离子水性聚氨酯一般不用阴离子水性聚氨酯常用的预聚体混合法。

从国内外近年来的研究来看, 阳离子水性聚氨酯的合成主要有熔融法和丙酮法。

阳离子型水性聚氨酯固色剂的合成及应用
李庆;樊增禄;曹爱华
【期刊名称】《印染助剂》
【年(卷),期】2010(27)9
【摘要】介绍了阳离子型水性聚氨酯固色剂的合成及应用,分析了合成反应温度、时间、聚醚分子质量及其混合聚醚多元醇组分量比[n(PPG-1 000):n(PEG-1 000)]、阳离子扩链剂N-甲基二乙醇胺(MDEA)用量等对产物固色效果的影响,确定了合成
的优化条件:n(-NCO)/n(-OH)=2.0,n(PPG-1 000):n(PEG-1 000)=1:1,MDEA
7.5%(对预聚体质量),55℃反应2 h.同时优化该固色剂的应用工艺条件:两浸两轧活性染料染色棉织物(固色剂60 g/L,轧余率80%)→预烘(80℃,3 min)→烘培(130℃,3 min).
【总页数】4页(P29-32)
【作者】李庆;樊增禄;曹爱华
【作者单位】西安工程大学,陕西西安,710048;西安工程大学,陕西西安,710048;天
津天祥公司,天津,300380
【正文语种】中文
【中图分类】TQ610.4+4
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水性聚氨酯合成、改性及应用前景摘要：随着水性聚氨酯合成与改性工艺的不断进步，水性聚氨酯的应用也得到了极大地提升，反过来由于水性聚氨酯涂料的优异性能以及其极好的应用前景近些年来有关于水性聚氨酯的合成与改性研究也是如火如荼。

本文主要介绍了水性聚氨酯涂料的合成方法，综述了水性聚氨酯的改性方法，包括丙烯酸酯改性、环氧树脂改性、有机硅改性、纳米材料改性和复合改性，并对水性聚氨酯涂料的发展进行了展望。

关键字：水性聚氨酯；合成；改性；丙烯酸酯；有机硅。

水性聚氨酯是以水代替有机溶剂作为分散介质的新型聚氨酯体系，也称水分散聚氨酯、水系聚氨酯或水基聚氨酯。

水性聚氨酯以水为溶剂，无污染、安全可靠、机械性能优良、相容性好、易于改性等优点。

水性聚氨酯可广泛应用于涂料、胶粘剂、织物涂层与整理剂、皮革涂饰剂、纸张表面处理剂和纤维表面处理剂。

水性聚氨酯虽然具有很多优良的性能，但是仍然有许多不足之处。

如耐水性差、耐溶剂性不良、硬度低、表面光泽差等缺点，由于水性聚氨酯的这些缺点，我们需要对其进行改性，目前常见的改性方法有丙烯酸酯改性、环氧树脂改性、有机硅改性、纳米材料改性和复合改性等，本文将对水性聚氨酯的合成与改性进行阐述。

一、水性聚氨酯的合成水性聚氨酯的制备可采用外乳化法和自乳化法。

目前水性聚氨酯的制备和研究主要以自乳化法为主。

自乳化型水性聚氨酯的常规合成工艺包括溶剂法(丙酮法)、预聚体法、熔融分散法、酮亚胺等。

丙酮法是先制得含端基的高粘度预聚体，加入丙酮、丁酮或四氢呋喃等低沸点、与水互溶、易于回收的溶剂，以降低粘度，增加分散性，同时充当油性基和水性基的媒介。

反应过程可根据情况来确定加入溶剂的量，然后用亲水单体进行扩链，在高速搅拌下加入水中，通过强力剪切作用使之分散于水中，乳化后减压蒸馏回收溶剂，即可制得PU 水分散体系。

反应的整个过程中，关键的是加入丙酮等溶剂以达到降低体系粘度的目的。

由于丙酮对PU 的合成反应表现为惰性，与水可混溶且沸点低，因此在此法中多用丙酮作溶剂，故名“丙酮法”。

水性聚氨酯树脂和其他树脂一样, 其最终制品的性能是由内部结构决定的。

阳离子型水性聚氨酯是将叔胺官能团引入到聚氨酯的大分子中而制得的。

通常用含叔胺基的二醇作扩链剂, 用烷基化剂或合适的酸进行季铵化而得到离子基团。

和普通的聚氨酯一样可用不同种类的多元醇、不同结构的二异氰酸酯、不同类型的扩链剂、不同类型的中和剂和采用不同的合成方法进行合成。

阳离子型水性聚氨酯的骨架上带有阳离子基团, 这就使其具有了一些独特的性能, 在皮革、涂料、胶粘剂、纺织和造纸等领域有着较好的应用。

此外, 阳离子水性聚氨酯对水的硬度不敏感, 且可以在酸性条件下使用。

因此, 开发出性能优异的阳离子水性聚氨酯, 其市场前景非常广阔。

1 阳离子水性聚氨酯的合成 1.1 合成机理合成阳离子水性聚氨酯时, 一般通过两种途径引入阳离子。

一是用卤素元素化合物引入阳离子,该机理先将聚醚或者聚酯二醇与二异氰酸酯制成预聚体, 加入溶剂降低粘度后, 加入卤素元素化合物( 如2,3-二溴丁二酸) 扩链, 然后再加入溶剂降低粘度, 加入三乙胺季铵化, 搅拌离子化, 将离子化后的PU 分散到水中, 高速剪切乳化, 最后蒸除溶剂。

该机理的季铵化是SN2(亲核取代反应) 二是用叔胺化合物引入阳离子, 该机理首先将聚醚或者聚酯二醇与二异氰酸酯制成预聚体, 加入溶剂降低粘度后, 用叔胺化合物( 如N- 甲基二乙醇胺) 扩链, 再加入溶剂降低粘度, 然后加入离子化试剂如乙酸, 搅拌离子化。

将离子化后的PU 分散到水中, 高速剪切乳化, 最后蒸除溶剂。

该机理的季铵化是酸碱中和。

1.2 合成方法阳离子水性聚氨酯的合成与阴离子水性聚氨酯的合成最大的不同就是阳离子水性聚氨酯需加酸成盐, 因此一般不在水中用胺扩链, 所以阳离子水性聚氨酯一般不用阴离子水性聚氨酯常用的预聚体混合法。

从国内外近年来的研究来看, 阳离子水性聚氨酯的合成主要有熔融法和丙酮法。

熔融法是无溶剂制备水性聚氨酯的重要方法。

聚氨酯的合成、改性及其应用作者：薛婷来源：《商情》2016年第26期【摘要】聚氨酯（PU）树脂是由异氰酸酯与多元醇反应制成的一种具有氨基甲酸酯链段重复结构单元的聚合物。

本文研究了聚氨酯的合成方法，改性方法，论述了其在生产生活中的重要地位及广泛应用。

【关键词】聚氨酯聚合物合成改性应用聚氨酯（PU）树脂是由异氰酸酯与多元醇反应制成的一种具有氨基甲酸酯链段重复结构单元的聚合物。

聚氨酯是一种高分子材料，其主要特征是分子链中含有多个重复的“氨基甲酸酯”基团，既有橡胶的弹性，又有塑料的强度和优异的加工性能，因其具有橡胶和塑料的双重优点，可以认为是橡胶和塑料优异性能的结合体。

聚氨酯材料性能优异，用途广泛，制品种类多，其中尤以聚氨酯泡沫塑料的用途最为广泛。

一、聚氨酯的工业合成方法水性聚氨酯的合成过程主要为：①由低聚物多元醇、扩链剂、二异氰酸酯形成中高相对分子质量的PU预聚体；②中和后预聚体在水中乳化，形成分散液。

各种方法在于扩链过程的不同。

1.外乳化法。

该方法是使用最早的制备水性聚氨酯的方法，它是1953年美国DuPont公司W. Yandott发明的，其制备工艺是在有机溶剂中，用两官能团的多元醇与过量的二异氰酸酯反应合成了带有NCO封端的预聚体，再加入适当的乳化剂，经强剪切力作用分散于水介质中并用二元胺进行扩链，但因该方法存在乳化剂用量大，反应时间长以及乳液颗粒粗而导致储存性差，胶层物理机械性能不佳等缺点，目前生产基本不用该方法。

2.自乳化法。

自乳化法通常是在聚氨酯结构中引入部分亲水基，使自身分散形成乳液。

根据亲水基团的类型用该法制得的水性PU可分为阴离子型、阳离子型、两性型和非离子型4种，其中以阴离子型占主导地位。

其制备方法主要分为丙酮法、预聚物混和法、热熔法、酮亚胺/ 酮连氮法，其共同特点是首先制备相对分子质量适中、端基为NCO或封闭NCOPU预聚体，区别主要在扩链过程中。

目前工业生产主要采用丙酮法和预聚物混和法。

《水性聚氨酯防护型涂层的合成及改性研究》篇一一、引言随着现代工业的快速发展，对材料表面的防护性能要求越来越高。

水性聚氨酯防护型涂层因其优异的物理性能、化学性能和环保性能，在众多领域得到了广泛应用。

本文旨在研究水性聚氨酯防护型涂层的合成及改性方法，以提高其性能并拓宽其应用范围。

二、水性聚氨酯防护型涂层的合成1. 原料选择水性聚氨酯防护型涂层的合成主要原料包括多元醇、异氰酸酯、催化剂、扩链剂、溶剂等。

其中，多元醇和异氰酸酯是合成聚氨酯的主要原料，选择合适的原料对涂层性能具有重要影响。

2. 合成过程水性聚氨酯的合成过程主要包括预聚体的制备、扩链反应及水性化等步骤。

首先，将多元醇与异氰酸酯进行预聚反应，生成预聚体；然后加入扩链剂和催化剂进行扩链反应；最后将产物分散于水中，形成水性聚氨酯分散液。

三、水性聚氨酯防护型涂层的改性研究1. 物理改性物理改性主要包括添加填料、改变涂层结构等方法。

通过添加具有特定功能的填料，如纳米材料、陶瓷粉末等，可以提高涂层的硬度、耐磨性、耐候性等性能。

此外，通过改变涂层结构，如调整涂层的厚度、孔隙率等，也可以提高其防护性能。

2. 化学改性化学改性主要通过引入新的官能团或改变聚氨酯分子链的结构来提高涂层的性能。

例如，通过引入具有优异防腐性能的官能团，可以提高涂层的耐腐蚀性能；通过改变分子链的柔韧性，可以提高涂层的柔韧性和附着力。

四、实验方法与结果分析1. 实验方法采用不同的合成工艺和改性方法，制备一系列水性聚氨酯防护型涂层样品。

通过实验测试其性能，如硬度、耐磨性、耐候性、耐腐蚀性等。

同时，利用现代分析手段，如红外光谱、扫描电镜等，对涂层的结构进行表征。

2. 结果分析实验结果表明，通过合理的合成工艺和改性方法，可以显著提高水性聚氨酯防护型涂层的性能。

例如，添加纳米材料可以显著提高涂层的硬度和耐磨性；引入具有优异防腐性能的官能团可以显著提高涂层的耐腐蚀性能。

此外，通过调整涂层的结构，如改变孔隙率或厚度，也可以实现对其性能的优化。

水性聚氨酯的合成及应用水性聚氨酯（Waterborne Polyurethane, WPU）是一种特殊的聚氨酯树脂，具有良好的环境友好性和广泛的应用前景。

本文将介绍水性聚氨酯的合成方法、特性以及其在涂料、胶黏剂和纺织品等领域的应用。

一、水性聚氨酯的合成方法水性聚氨酯的合成可以通过两种主要方法实现：一种是预聚体法，另一种是原位乳化法。

1. 预聚体法预聚体法是通过将聚酯或聚醚与异氰酸酯化合物反应，形成异氰酸酯预聚体。

然后，将预聚体与含有胺官能团的化合物反应，生成聚醚型或聚酯型水性聚氨酯。

需要注意的是，在反应过程中，需要添加适量的表面活性剂和乳化剂来帮助稳定乳液。

2. 原位乳化法原位乳化法是将聚酯或聚醚与异氰酸酯化合物、氨基功能的稳定乳化剂以及乳化剂反应，直接形成乳液。

该方法与预聚体法相比，更加简便和高效。

二、水性聚氨酯的特性水性聚氨酯具有以下几个显著的特性：1. 环保性与传统的溶剂型聚氨酯相比，水性聚氨酯不含有机溶剂，因此减少了挥发性有机化合物的排放，对环境污染更小。

同时，水性聚氨酯在应用过程中，不会产生有毒气体，对操作者的安全也更有保障。

2. 膜性能优良水性聚氨酯具有良好的强度、韧性和耐候性。

其形成的薄膜可提供优异的涂层性能，具有良好的抗刮擦性、耐化学品侵蚀性和抗氧化性等特点。

3. 附着力强水性聚氨酯可以与多种基材良好地附着，包括金属、塑料、玻璃等。

在涂料和胶黏剂领域，其优异的附着力使其成为一种理想的材料。

三、水性聚氨酯的应用水性聚氨酯在多个领域具有广泛的应用前景。

1. 涂料作为一种环保型涂料原料，水性聚氨酯具有优异的防护性能和装饰效果。

它可以应用于室内外墙面、家具、汽车、船舶等领域，为表面提供持久的保护。

2. 胶黏剂水性聚氨酯具有良好的粘接性能和耐湿性，适用于纸张、金属、木材等材料的粘接。

在制造行业中，水性聚氨酯胶黏剂得到广泛应用，如家具制造、包装行业和纸制品加工等。

3. 纺织品水性聚氨酯可用作纺织品的涂层剂和涂料。

聚氨酯的合成和产品的性能及应用分析一介绍：聚氨酯是一种新兴的有机高分子材料，被誉为“第五大塑料”，因其卓越的性能而被广泛应用于国民经济众多领域。

目前我国聚氨酯制品品种牌号约80种，其中弹性体60余种，泡沫塑料10余种，聚氨酯制品具有强度好、抗压大、抗撕裂性能好、耐磨等性能，产品应用领域涉及轻工、化工、电子、纺织、医疗、建筑、建材、汽车、国防、航天、航空.二．基本聚氨酯的合成制备来源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聚氨基甲酸酯子化合物。

聚氨基甲酸酯，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-随着时间的推移与科学的进步，简单的聚氨酯不能满足人们的需要，因此增加了许多的合成材料。

以下主要介绍水性聚氨酯的合成（一）聚氨酯的合成之水性聚氨酯水性聚氨酯是以水代替有机溶剂作为分散介质的新型聚氨酯体系，也称水分散聚氨酯、水系聚氨酯或水基聚氨酯。

水性聚氨酯以水为溶剂，无污染、安全可靠、机械性能优良、相容性好、易于改性等优点。

根据聚氨酯的水性化方法划分根据制备方法有多种分类。

举例如下。

(1)自乳化法和外乳化法自乳化法又称内乳化法，是指聚氨酯链段中含有亲水性成分，因而无需乳化剂即可形成稳定乳液的方法。

外乳化法又称为强制乳化法，若分子链中仅含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，才能得到乳液。

比较而言，外乳化法制备的乳液中，由于亲水性小分子乳化剂的残留，影响固化后聚氨酯胶膜的性能，而自乳化法消除了此弊病。

水性聚氨酯的制备目前以离子型自乳化法为主。

(2)预聚体法、丙酮法、熔融分散法自乳化法制水性聚氨酯最常用的方法有预聚体分散法和丙酮法。

预聚体法即在预聚体中导人亲水成分，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(水性聚氨酯-脲)。

丙酮法属于溶液法，是以有机溶剂稀释或溶解聚氨酯(或预聚体)，再进行乳化的方法。

·封闭型水性聚氨酯施胶·封闭型水性聚氨酯合成及在纸张表面施胶中的应用段业睿1，2沈一丁1，2，*李小瑞1，2刘一鹤1，2杨博1，2李春艳1，2（1.陕西科技大学化学与化工学院，陕西西安，710021；2.陕西省轻化工助剂重点实验室，陕西西安，710021）摘要：采用一步聚合法，以聚乙二醇350单甲醚（mPEG350）、丁二醇（BDO ）、二羟甲基丙酸（DMPA ）、异佛尔酮二异氰酸酯（IPDI ）为原料进行聚合，得到一种封闭型的水性聚氨酯（BWPU ）。

将质量分数1%的BWPU 与质量分数4%的PVA 复配成施胶液（SSA ），用于纸张表面施胶。

结果表明，当DMPA 添加量为10%、n （mPEG350）∶n （BDO ）=1∶0.2、n （—NCO ）∶n （—OH ）（R 值）为1.8，甲乙酮肟（MEKO ）添加量为21.3%时，制备得到的BWPU 性能最佳，其粒径为291.0nm ，分散稳定性指数（TSI ）为1.33。

施胶后的纸张撕裂指数为11.9mN·m 2/g ，挺度为95.8mN ，抗张指数为82.6N·m/g ，耐折度为3394次，接触角为79.69°，施胶度为28.14°；与原纸相比，各项指标分别提高了76.8%、43.4%、7.8%、71.2%、26.3%，1307.0%。

与市售施胶剂施胶后纸张相比，各项指标分别提高了20.9%、8.1%、15.9%、15.2%、10.3%、24.0%。

关键词：封闭型水性聚氨酯；R 值；表面施胶；纸张性能中图分类号：TS727+.5文献标识码：ADOI ：10.11980/j.issn.0254-508X.2021.12.005Synthesis of Closed Waterborne Polyurethane and Its Application in Paper Surface SizingDUAN Yerui 1，2SHEN Yiding 1，2，*LI Xiaorui 1，2LIU Yihe 1，2YANG Bo 1，2LI Chunyan 1，2（1.College of Chemistry and Chemical Engineering ，Shaanxi University of Science and Technology ，Xi'an ，Shaanxi Province ，710021；2.Key Lab of Light Chemical Auxiliary Agents of Shaanxi Province ，Xi'an ，Shaanxi Province ，710021）（*E -mail ：ydshen@ ）Abstract ：A one -step polymerization method was used to prepare a closed aqueous polyurethane （BWPU ）polymerized with polyethylene gly⁃col 350monomethyl ether （mPEG350），butanediol （BDO ），dimethylolpropionic acid （DMPA ），and isophorone diisocyanate （IPDI ）as raw materials.The 1%BWPU and 4%PVA were compounded into a sizing solution （SSA ）for paper surface sizing.The results showed that the optimized performance of BWPU could be obtained with the DMPA content of 10%，n （mPEG350）∶n （BDO ）=1∶0.2，R value of 1.8，andethyl methyl ketone oxime （MEKO ）content of 21.3%，of which the particle size was 291.0nm and the TSI was 1.33.After surface sizing ，the paper had a better performance with the tear index of 11.9mN ·m 2/g ，the stiffness of 95.8mN ，the tensile index of 82.6N ·m/g ，the folding endurance of 3394times ，the contact angle of 79.69°，and the sizing degree of 28.14°.Compared with the original paper ，the indi⁃cators increased by 76.8%，43.4%，7.8%，71.2%，26.3%，1307.0%，pared with the paper sized with sizing agent onthe market ，the indicators increased by 20.9%，8.1%，15.9%，15.2%，10.3%，24.0%，respectively.Key words ：closed waterborne polyurethane ；R value ；surface sizing ；paper properties水性聚氨酯（WPU ）具有不会燃烧爆炸、无毒性、对环境污染小等优点[1-4]，近几年被广泛应用于皮革、造纸、涂料等多个领域[5]。