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水性聚氨酯可以通过哪些方式提升性能?

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水性聚氨酯可以通过哪些方式提升性能?

发布日期:2018-06-21 作者:济宁久邦新材料有限公司 点击:

水性聚氨酯可以通过哪些方式提升性能

水性聚氨酯具有优良的机械性能、耐溶剂、耐油性、耐低温性能,在很多基材上都具有很好的附着了。虽然水性聚氨酯比油性聚氨酯产品具有的更高的环保优势,不过在一些性能,比如耐溶剂、耐候性等方面不如油性聚氨酯产品,对高性能的水性聚氨酯产品是目前乃至今后研究者不断追求的目标。提高水性聚氨酯的性能可通过以下几方面得以实现:  

一、热处理  

虽然大多数水性聚氨酯胶粘剂可在室温下干燥固化,但若对水性聚氨酯胶粘剂经过适当的热处理,则可提高胶膜的强度和耐水性。热处理一方面能使热塑性聚氨酯的分子链段排列紧密,羟基和脲基、胺基进行反应而产生一定程度的支化和交联,从而提高水性聚氨酯胶粘剂的内聚力和粘接强度;另一方面可使可交联型聚氨酯基团之间发生化学反应,形成交联结构,从而提高水性聚氨酯胶粘剂的耐水性以及耐热性。

二、与其他聚合物共聚或共混

在经过pH值调节或经过相容稳定处理后,可将水性聚氨酯胶粘剂与其他水性树脂(如丙烯酸乳液、氯丁胶乳等)共混,组成新的水性胶粘剂。其中最重要的是被称为“第三代水性聚氨酯”的水性聚氨酯改性丙烯酸酯,它结合了聚氨酯突出的力学性能与丙烯酸树脂较好的耐水性以及耐化学品等性能,从而使得材料的综合性能得到显著提升。在适当的条件下,实施PU、PA树脂共混、共聚或接枝。水性聚氨酯还可作为“种子聚合物”并作为高分子乳化剂,向其中加入醋酸乙烯、丙烯酸酯、苯乙烯等不饱和单体,以过硫酸盐或烷基氢过氧化物为引发剂进行乳液聚合,从而得到性能优良的水性聚氨酯胶粘剂。

三、调整原料  

1.调整原料的亲水成分  亲水成分(羧基、磺酸基团、季胺的氮原子等)在树脂固体成分中所占的质量分数越大,则预聚体即固体树脂的亲水性程度越大,越易得到颗粒极其细微的乳液。当亲水成分的含量达到某一程度时,预聚体完全溶于水,形成水溶液。亲水成分所占的质量分数越大,乳液的粒径越小,对预聚体的稳定贮存越有利,但对胶膜的耐水性则会造成不利的影响。要在兼顾乳液稳定的前提下,控制亲水基团的含量使其尽可能低,或提高聚酯多元醇本身的耐水性,以长链二元酸及二元醇(如己二酸等)或有支链的二元醇或新戊二醇为原料也可提高聚酯的耐水性,聚醚多元醇的耐水解性好,有时也可以与聚酯多元醇并用。另外,向聚氨酯分子链中引入表面能低的硅氧烷链段或功能性氟单体,可以增强水性聚氨酯胶粘剂的疏水性和耐玷污性。  

2.调整预聚体的分子量  乳化前预聚体的分子量小、粘度低,有利于其在水中的剪切分散。含羟基原料的羟基与二异氰酸酯的异氰酸酯基团的摩尔比-NCO/-OH影响预聚体的粘度以及制品的性能。一般说来,-NCO/-OH越大,预聚体的粘度就越小,乳化时因水扩链或胺扩链而形成的脲键就越多,从而导致胶膜变硬,模量增加。

3.调整多元醇的分子量  多元醇的分子量越大,所制成水性聚氨酯胶粘剂的胶膜越软,耐水性越差;反之,多元醇的分子量越小及官能团越多,所制成水性聚氨酯胶粘剂的胶膜越硬,耐水性越好。


四、交联  

交联是提高水性聚氨酯胶粘剂性能,尤其是提高其湿粘接强度和耐溶剂性能的重要途径。交联通常分为内交联和外交联。  

1、内交联  内交联是通过选择三官能团的聚醚或聚酯多元醇或异氰酸酯作为原料,选择二乙烯三胺以及三乙烯四胺等作为扩链剂,从而制得部分支化和交联的聚氨酯乳液的过程。有的水性聚氨酯胶粘剂含有一些可发生反应的官能团,如在聚氨酯的分子结构中,通过含环氧基多元醇组分引入环氧基团,然后经热处理使其形成交联的胶膜。内交联突出的的缺点是会产生高粘度的预聚体,从而导致乳化困难,有可能得不到粒径细微的稳定乳液。因此,必须控制聚氨酯分子的支化以及交联成都,否则在预聚体发生乳化时则有可能产生凝胶。  

2、外交联  外交联相当于双组分体系,即在水性聚氨酯胶粘剂使用前,向水性聚氨酯胶粘剂的主剂中添加交联剂组分,在成膜过程中或成膜之后加热使其产生化学反应,从而形成交联的胶膜的反应。外交联不是通过采用-NCO基团的交联点,而是靠线型聚氨酯水分散体中的羟基、羧基、胺基、氨基甲酸酯基以及酰胺脲上的活泼氢分别与各种交联剂进行化学反应,从而实现交联固化的反应。与内交联相比,外交联所得乳液的性能更好,并且外交联可根据不同交联剂的品种及用量来调节胶膜的性能,但其缺点是操作不方便。

水性聚氨酯固化剂

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