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水性聚氨酯改性方面的研究有怎样的进展?

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水性聚氨酯改性方面的研究有怎样的进展?


聚氨酯(PU)全称为聚氨基甲酸酯,分子链中含有氨酯基(—NHCOO—)等特性基团。PU因具有耐磨损、耐低温和柔韧性好等优点而得到广泛应用。目前PU行业中溶剂型产品占较大比例,但溶剂型PU含有挥发性有机物,因此其应用受到限制。随着人们环保意识的增强,水性聚氨酯(WPU)得到快速发展。WPU以水作为分散介质,具有环境友好、无毒和不易燃等优点,已成功应用于汽车内饰、建筑材料和皮革加工等方面。WPU虽然优点突出,但是也存在许多不足之处。WPU乳液固含量低导致其干燥速度慢;此外,WPU产品耐水性能和耐热性能差,粘接强度低,因此需要对其改性以提高综合性能。国内外学者在WPU改性方面做了很多工作,笔者从耐热性能、耐水性能、粘接性能和固含量等方面对近10年来WPU的改性研究进行了综述。

1、WPU的组成和分类   

 WPU是相对溶剂型PU而言的,它是将PU粒子分散在水中的二元胶体体系。制备WPU的原料有多异氰酸酯、端羟基化合物、催化剂、亲水扩链剂、交联剂和成盐剂等。根据外观和粒径,WPU可分为乳液、水分散体和水溶液;根据亲水基团性质,WPU可分为阴离子型、阳离子型、两性型和非离子型;根据合成的原料,WPU可分为聚酯型、聚醚型和混合型。

2、WPU的制备     

PU在水中难以溶解或分散,而其原料多异氰酸酯又能与水反应,因此不能直接在水中制备WPU,可以通过外乳化法和内乳化法合成。外乳化法是指在乳化剂存在的条件下把PU预聚体或溶液加入水中进行高速搅拌分散,获得水分散液或乳液的方法。内乳化法则是在PU分子中引入亲水基团或亲水链段,直接将其分散于水中,无需乳化剂即可形成稳定的乳液。外乳化法制得的WPU乳液粒径分布宽且贮存稳定性差,所以通常采用内乳化法。内乳化法包括预聚体法、丙酮法、熔融分散法和端基保护法等。

3、提高WPU性能的改性方法

3.1 提高耐热性能的改性方法:WPU分子链中含有离子基团,并且分子链为线型结构,交联度低,因此耐热性能差。可通过以下方法改善WPU耐热性能:    

(1)纳米材料改性。利用纳米材料的特殊性质,通过共混法、原位聚合法等,将纳米SiO2、凹土等纳米材料引入聚合物基体中,提高WPU的耐热性能。    

(2)树脂复合改性。通过机械共混法、接枝共聚法等,与丙烯酸酯、环氧树脂等具有优良耐热性能的树脂复合,提高交联度和耐热性能。    

(3)紫外线(UV)交联改性。将叠氮化合物等UV交联剂引入WPU分 子链中,在紫外光照射下发生交联反应。    

通过原位聚合法制备了纳米SiO2改性WPU胶粘剂,并使用傅里叶变换红外光谱仪和粒径分布仪等研究了纳米SiO2浓度对胶粘剂性能的影响。结果表明,改性WPU的耐热性能大幅度提高,当纳米SiO2质量分数为2.0%~2.5%时,胶粘剂的性能达到最佳,在操作温度高达175℃时也能表现出高粘接性能。

    以丙烯酸羟乙酯为改性剂,凹土悬浮液为分散介质,制备了稳定的凹土/WPU复合乳液,通过傅里叶变换红外光谱仪、热失重分析仪和扫描电子显微镜等对产物微观结....


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