应用

水性聚氨酯树脂介绍和聚己内酯多元醇的应用

2016-06-28

文件大小:46KB

下载

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,有无污染、安全可靠、机械性能优良、相容性好、易于改性等优点。聚氨酯树脂的水性化已逐步取代溶剂型,成为聚氨酯工业发展的重要方向。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等。

 

一、合成水性聚氨酯树脂的主要原料

多元醇:主要是聚醚多元醇、聚酯多元醇、聚丁二烯二醇等作为低聚物多元醇。从目前联系客户来看,做PU浆料的几乎都会用到PCL,而且大部分客户都是使用PCL220这个产品,说明2000分子量多元醇做这个产品是比较成熟的,耐水解和耐黄变好,耐磨性好。

异氰酸酯:可分为芳香族异氰酸酯型(MDI、TDI)、脂肪族异氰酸酯型(HDI、HMDI、IPDI)等。TDI和MDI不耐黄变,他们没有用,用IPDI做的成膜很好,透明平滑,主要是耐黄变好。主要用IPDI。

亲水剂:DMPA和DMBA等。

 

二、水性聚氨酯树脂的合成方法

水性聚氨酯整个合成过程可分为两个阶段:

    1、预逐步聚合,即由低聚物二醇、扩链剂(亲水性的二元醇或多元胺,一般是小分子量的)、水性单体、二异氰酸酯通过溶液逐步聚合生成相对分子质量为l000量级的水性聚氨酯预聚体。

   2、中和后预聚体在水中的分散,分散方法有两种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。但因该法存在乳化剂用量大、反应时间长以及乳液颗粒粗、影响固化后聚氨酯胶膜的性能,最终得到的产品质量差、胶层物理机械性能不好等缺点,因而目前生产基本不用该法。

水性聚氨酯的制备以离子型自乳化法为主。客户多数是做自乳化,使用的亲水扩链剂有DMPA和DMBA,二者价格差别很大,系能也不同。

 

三、水性聚氨酯分类

1、依水性聚氨酯粒径和外观分可分为:

          聚氨酯水溶液(粒径<1nm,外观透明)

          聚氨酯水分散体(粒径:1nm-100nm,外观半透明)

          聚氨酯乳液(粒径>100nm,外观白浊)

水性聚氨酯粒径一般是50nm—1000nm都有,所以应用最多的是水分散体和乳液,统称水性聚氨酯或聚氨酯乳液。

2、依亲水性基团的电荷性质可分为阴离子型水性聚氨酯、阳离子型水性聚氨酯和非离子型水性聚氨酯。其中阴离子型最为重要,分为羧酸型和磺酸型两大类。

3、依合成单体不同可分为聚醚型、聚酯型和聚醚、聚酯混合型。

4、依照选用的二异氰酸酯的不同分为芳香族和脂肪族,或具体分为TDI型、HDI型等等。

5、依产品包装形式水性聚氨酯可分为单组分水性聚氨酯和双组分水性聚氨酯。

 

四、水性聚氨酯的颜色

    当光线射入水性聚氨酯分散体系时,一部分自由地通过,一部分被吸收、反射或散射。其中波长长的红光、橙光、黄光穿透能力强,最易被分子所吸收。波长较短的蓝光、紫光穿透能力弱,遇到分子时,最易被散射和反射,又由于人们眼睛对紫光很不敏感,往往视而不见,而对蓝光比较敏感,一般就可以看见蓝色。

   1、如果粒径小于1nm,就成为水溶液(水分子是0.4nm),由于溶液十分均匀,散射光因相互干涉而完全抵消,看不见散射光,呈现无色透明,但是水性聚氨酯不会做到这种程度。

   2、如果分散质粒子的半径小于入射光的波长(大于1nm),就主要发生散射,可以看见光的颜色,颜色分别是透明--贝壳清(蓝色)--红--乳白,乳液越是泛蓝那就是粒径越小,如果较白且泛红那就是粒径大的表现。

    3、如果分散质的粒子大于入射光的波长,主要发生反射或折射现象,使体系呈现混浊,看不到特定颜色。

水性聚氨酯粒径一般是50nm—500nm,高固含量水性聚氨酯乳液粒子比低固含量的大很多,一般认为30%固含量树脂粒径在50nm左右,也就是属于水分散体,会呈现透明泛蓝光;50%以上固含量树脂粒径往往大于200nm,也就是属于乳液,会呈现乳白色。市场上一般都是蓝光的。

红620nm--760nm
橙592nm--620nm
黄578nm-- 592nm
绿500nm-- 578nm
青464nm--500nm
蓝446nm --464nm
紫400nm--446nm

 

 五、水性聚氨酯的固含量solid content

    固含量是比较直接而重要的数据,是指水性分散体系中聚氨酯树脂的质量占比,其余大部分为溶剂,水分等。固含量不仅是成膜物质,还包括填料助剂等,国内一般的水性聚氨酯都是做到25-30%之间,价格在20-30元/公斤不等。但是国外的大公司如拜尔可以做到60%以上。油性聚氨酯浆料固含可以做到40%以上。

  • 皮革涂饰行业如何使用水性聚氨酯

     水性聚氨酯用途广泛,这里只谈谈水性聚氨酯在皮革涂饰行业的应用情况。 皮革涂饰使皮革面形成各种颜色、光泽和风格,并获得一定的防水性及易保养性。采用不同涂饰材料和工艺方法还能开创新的皮革花色品种和提高次皮利用率。皮革涂饰剂的主要成分有成膜剂、着色剂、光亮剂、固定剂、手感剂等。涂饰溶剂有水和有机溶剂两类。涂饰层次一般分为底层、中层和顶层,依次进行。

    皮革涂饰行业和水性聚氨酯有关联的共有三类企业:合成水性聚氨酯树脂企业、使用水性聚氨酯企业(如皮革厂、合成革厂)、销售水性聚氨酯树脂企业三类。

    合成水性聚氨酯树脂企业做的水性聚氨酯只是半成品,是成膜树脂。皮革涂饰革厂家购买过去还需要加水,加色粉,加助剂,做成成品,再使用。皮革涂饰厂家也不会去测试固含量等数据,他们拿去只要往皮革上喷涂,确定附着力、光亮度的情况,决定该如何配成品。

皮革分为三种,PVC革,PU革,真皮。真皮和PU革表面涂饰成熟使用到PCL多元醇型水性树脂,PVC革上使用PCL多元醇型树脂尚不能满足要求。真皮上使用皮革处理需要涂三层,底层、中层和顶层,因为真皮经过处理后仍会有凹凸不平,需要补伤膏先抹平,再使用皮革处理剂,都会用到水性聚氨酯。而人造革是一层革,只需要涂一层即可,但是要求水性聚氨酯可以和这块革良好粘接相容,聚氨酯革一般都能满足要求,PVC革目前比较困难。

  皮革涂饰剂主要是用在真皮上,一共涂三层,底层和中层已经满足,要想做顶层,必须和中层相配,因此需要好的产品。

 

七、目前存在的问题

  1. 用PCL多元醇做出来的水性聚氨酯看不出很独特的特性,反映不出好的性价比,推广比较困难。产品有什么问题他们也不清楚,可能是自己配方和技术问题。至于原料这块只能选择相信供应商,他们不会花较大成本去检测原料质量,即使出了问题也是都有责任。对于多元醇的水分含量没有提要求,说是还没那个水准。
  2. 目前皮革市场不景气,他们公司是哪一款产品挣钱就主推哪一款,先维持生存,再图发展。他们公司资金也比较进展,生产工艺设备都很简陋,几乎都是人工操作进料等。
  3. 光泽度问题已经买了配方,还在试验, 但是效果不大。觉得国内其他同行水平也是一般,如冠志,万华做的样品都测试过,也不好。国产的95%都达不到高光。光泽度是一个比较难解决的问题,要想达到好的光泽度必须使用水性聚氨酯,其他光亮剂等都达不到效果,除了做哑光可以用哑光粉。
  4. 溶剂问题,目前想要一款沸点高的产品,最好200度以上,对成膜性好。推荐乳酸酯试样。