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水性聚氨酯乳液粒子存在形态浅析

文章出处:原创网责任编辑:小莉作者:小莉人气:-发表时间:2014-12-11 10:28:00

  水性聚氨酯

水性聚氨酯树脂是高分子材料的一种,全称是聚氨基甲酸酯树脂,英文Polyurethane,简称PU聚氨酯树脂用于涂层、涂料或粘合剂,为了施工方便,通常需要大量的有机溶剂进行溶解,这些溶剂主要包含甲苯、二甲苯、二甲基甲酰胺(DMF)等,而这些溶剂往往对人的身体健康造成很大的威胁。

 

如果用无毒的水代替有机溶剂,那么这类聚氨酯产品将变得环保而无害。而如何使得与水不相容的聚氨酯树脂能够稳定地溶解在水里,是许多水性聚氨酯研究工作者的课题。

 

目前最有效的方法是在聚氨酯树脂的分子链上接入与水有亲和性的基团,如羧基、氨基、磺酸基或聚乙氧基。那么这些亲水性基团是如何使不溶于水的聚氨酯分子能够溶解在水中呢?

 

首先,我们需要对水性聚氨酯的存在形态有个了解。

水性聚氨酯的分子不是简单的溶解在水中,而是大量的分子团聚成圆球状胶粒“漂浮”在水中,通过胶粒和水的亲和力防止胶粒沉淀,形成稳定的聚氨酯分散体。

水性聚氨酯

从以上图我们可以看到,聚氨酯粒子能够在水中稳定存在是依靠粒子自身重力和粒子与水的亲和力的平衡。若亲和力大于或等于重力,则粒子可以稳定存在,树脂亦可稳定;若亲和力小于重力,则粒子沉降,树脂则发生沉淀或分层。

 

二,如何保证聚氨酯树脂有足够的亲和力。

 

现在通常的作法是在水性聚氨酯的分子链中接入和水有亲和力的基团或链段,一般是带有阳离子、阴离子或非离子链的材料。若聚氨酯分子中接入的是阳离子,则该法制得的水性聚氨酯为阳离子型,阴离子和非离子亦然。这些亲水基团或链段处于聚氨酯粒子表面,形成带电层或胶体层对粒子产生包覆效果,且相邻粒子的保护层相互排斥,防止粒子团聚而失稳。

 

 

三,高固含和低固含水性聚氨酯稳定体系的差别。

 

高固含水性聚氨酯粒子往往比低固含的大很多,一般认为30%固含树脂的粒径在50nm左右,而50%以上固含树脂的粒径往往大于200nm,这样导致粒子自身重力往往大很多,根据重力/亲和力平衡原理,高固含树脂的粒子与水应具有更强的亲和性。为了维持较强的稳定性,聚氨酯粒子必须具有更强的保护层,所以必须选择更强电解性粒子或链段接入聚氨酯分子中。

 

水性聚氨酯已经发展了数十年,上世纪60年代,美国、德国等发达国家就着手水性聚氨酯的研究,中国在这方面研究较晚,真正开始系统性研究是在改革开发以后。经过数十年的发展,我国的水性聚氨酯已取得长足的进步,但与发达国家相比,差距还是很明显的,特别是高性能特种化产品相对偏少,基础研究没有形成系统性。

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