冠志化工水性聚氨酯培訓,1水性聚氨酯的概述1.1聚氨酯的定義聚氨酯（polyurethane）是聚氨基甲酸酯的簡稱,是主鏈上含有重復氨基甲酸酯基團(NHCOO)的大分子化合物的統稱。聚氨酯是由有機二異氰酸酯或多異氰酸酯與二羥基或多羥基化合物加聚而成。根據所用原料官能團的不同，可以是線性結構或體型結構。水性聚氨酯是指聚氨酯溶解于水或分散于水中而形成的一種聚氨酯樹脂。,PU分散粒子微觀特征,PU粒子通過水化層穩定分散,1.2水性聚氨酯的分類1.2.1按分散狀態分類按分散狀態分類可分為聚氨酯水溶液、聚氨酯分散液、聚氨酯乳液。1.2.2按使用形式分類按使用形式分為單組份和雙組份兩類。,1.2.3按親水性基團的性質分類根據聚氨酯分子側鏈和主鏈上是否含有離子基團，水性聚氨酯可分為陰離子型、陽離子型、非離子型和混合型。陰離子型分子主鏈或側鏈上含有陰離子型親水性基團陽離子型分子主鏈或側鏈上含有銨離子或锍離子非離子型分子中不含有離子基團混合型分子結構中同時具有離子型及非離子型親水基團或鏈段,1.2.4按聚氨酯原料分類按低聚物多元醇類型分類按異氰酸酯原料,聚醚型聚酯型聚烯烴型,芳香族脂肪族脂環族,1.2.5按聚氨酯樹脂的整體結構分類聚氨酯乳液乙烯基聚氨酯乳液多異氰酸酯乳液封閉型聚氨酯乳液線型（熱塑性）交聯型（熱固性）,按原料及結構,按分子結構,內交聯型外交聯型,1.2.6按聚氨酯的水性化方法分類外乳化法自乳化法,按水性化方法,預聚體法丙酮法熔融分散法酮亞胺連氮法,1.3性能1.3.1水性聚氨酯液體性質（1）粒徑對其性能的影響粒徑越小，乳液外觀越透明。（2）乳液穩定性乳液穩定性是聚氨酯乳液的首要性質，即要求在一定存放時間內不發生沉淀變質。,（3）表面張力表面張力是關系到水性聚氨酯對基材潤濕性的重要因素。水性聚氨酯的表面張力一般為0.04-0.06N/m，水的表面張力為0.073N/m。（4）黏度黏度是水性聚氨酯產品的性能指標之一。（5）成膜性水性聚氨酯的最終狀態為固體膠膜。一般水性聚氨酯的最低成膜溫度為0左右。,1.3.2水性聚氨酯涂膜性質（1）力學性能聚氨酯膜的力學性能主要包括拉伸強度、斷裂伸長率和硬度。其主要取決于聚氨酯分子的結構與分子量。（2）耐水性耐水性是聚氨酯膜的重要性能。將膜浸泡在水中，觀察外觀是否泛白，測定其吸水率，可以了解膜的耐水程度。（3）涂膜光澤水性聚氨酯具有好的流平性和多種組成的相容性，是獲得較高的光澤的重要條件。,1.4水性聚氨酯的優缺點與溶劑型聚氨酯相比，水性聚氨酯具有以下優點（1）無有機溶劑（2）無臭味（3）無污染（4）粘結力強（5）耐腐蝕,與溶劑型聚氨酯相比，水性聚氨酯具有以下缺點：（1）粘度小（2）干燥速度慢（3）對非極性基材潤濕性差（4）耐水性差（5）耐熱性不高（6）自增稠性差（7）固含量低,2水性聚氨酯的合成：水性聚氨酯由二元或多元異氰酸酯與二元或多元羥基化合物作用而成的高分子化合物。聚氨酯是分子結構中含有NHCOO單元的高分子化合物，該單元由異氰酸基和羥基反應而成。反應式如下：N=C=O+HONH-COO,2.1水性聚氨酯制備用原料：,2.2水性聚氨酯合成方法外乳化法內乳化法,按水性化方法,預聚體法丙酮法熔融分散法酮亞胺連氮法,內乳化法,內乳化法，又稱為自乳化法，是指聚氨酯鏈段中含有親水成分，因而無需乳化劑即可形成穩定乳液的方法。內乳化法制得的聚氨酯分散液粒徑較小，且粒徑分布較窄，分散液儲存穩定，成膜后膠膜的力學和其它應用性能優良。親水基團可通過多元醇或擴鏈劑導人聚氨酯分子結構中，一般多借助含親水基團擴鏈引入硬段中。,內乳化過程可分為三個階段。第一階段：含有離子的硬段吸附水分子，破壞由離子締合作用形成的凝膠現象，表現為粘度下降。第二階段：水分子進入親水相后，硬段和軟段都將排列成整齊有序狀態，形成凝聚體，粘度增加。第三階段：凝聚體再分散成細顆粒，表現為粘度降低，直到粘度穩定不再變化，相轉變過程已完成。其間，離子基含量、硬段結構、分散過程溫度等因素，都會對分散過程產生影響。,內乳化過程,內乳化的常用方法（1）預聚體法：即在預聚體中導入親水成分，得到一定粘度范圍的預聚體，在水中乳化同時進行鏈增長，制備穩定的水性聚氨酯。（2）丙酮法：屬于溶液法，是以有機溶劑稀釋或溶解聚氨酯，再進行乳化的方法。（3）熔融分散法：又稱熔體分散法、預聚體分散甲醛擴鏈法。,外乳化法,外乳化法，又稱為強制乳化法，如分子鏈中含有少量不足以自乳化的親水性鏈段或基團，或完全不含親水性成分，此時必須添加乳化劑，借助外力才能得到乳液。外乳化法工藝簡單，但存在以下缺點：(1)、在分散階段需要強力攪拌設備，攪拌工藝對分散液性能影響很大；(2)、制得的分散液粒徑較大，一般大于1.0um，粒徑分布寬，儲存穩定性差；(3)、乳化劑的存在影響成膜后膠膜的耐水性、強韌性和粘結性等力學性能。,3產品性能測試3.1涂膜的制備將乳液取若干量傾倒在表面皿上，使其自然均勻的流布整個表面皿，乳液厚度約2mm。在60烘箱中干燥24h，得到厚度約為0.4-0.6mm的透明聚氨酯膜。,3.2乳液固含量的測定在室溫（232），相對濕度45%-70%的條件下。將潔凈的培養皿放在干燥箱內于（1302）下干燥30min，取出放入干燥器中，冷卻至室溫后稱量。將樣品攪勻后取約1-2g的試樣置于已稱量的培養皿中，使試樣均勻的流布于培養皿的底部。然后放入干燥箱內，（1302）干燥1h后取出，放入玻璃干燥器中冷卻至室溫后稱量，復烘30min后冷卻，稱重，重復上述操作，直至前后兩次稱量差不大于0.01g為止（全部稱量精確至0.01g）。,按下列公式計算固含量：式中：X試樣的固體含量，%；m1培養皿的質量，g；m2烘干前試樣的質量，g。m3烘干后培養皿與試樣的質量，g；,表1：冠志PU固含量,3.3凍融穩定性測試用塑料瓶裝取50克的的試樣，蓋上蓋子密封后放入冰箱內（冰箱冷凍溫度約為-15），冷凍24小時后取出，常溫下解凍。觀察解凍情況并跟蹤觀察。,3.4涂膜耐水性測試從膜上剪取10mm25mm面積的涂膜樣板一塊，稱取質量為m1，室溫下浸泡在蒸餾水中，觀察其外觀隨浸泡時間的變化。浸泡24h后，取出膜，用濾紙迅速吸干表面多余水分，稱重m2，精確到0.01。按以下公式計算吸水率：式中：m1吸水前樣板質量，g；m2吸水后樣板質量，g。,表2：冠志PU吸水率,3.5涂膜的光澤度測試將將待測樣品涂布在基材上，用校正好的光澤度測試儀在涂膜上取上、中、下、左、右五個點進行測試，將測得的數據去掉一個最大值和一個最小值，其它數據取平均值為所測的光澤度數據。,表3：冠志PU光澤度,3.6力學性能測試將啞鈴型試件在標準條件下放置至少2h，用厚度計測出試件標線中間和兩端三點的厚度，取其算術平均值作為試樣厚度，裝在拉伸試驗機夾具之間，夾具間標距為50mm，以500mm/min（聚氨酯類）拉伸速度拉伸試件至斷裂，記錄度斷裂時的最大荷載，并量取此時試件標線間距離（L1），精確至0.1mm，測試5個試件，若有試件斷裂在標線外，其結果無效，應采用備用件補做。,拉伸強度的確定：拉伸強度是試樣拉伸至斷裂過程的最大應力。計算式如下：式中：P拉伸強度，MPa；F試件最大荷載，N；S試件斷面面積，mm2。,斷裂伸長率的確定：斷裂伸長率使試樣在拉力機上被拉斷時的伸長與原長度的比值。用下式表示：式中：X試樣的斷裂伸長率，%；L原試樣標線間距離，mm；L1斷裂后兩標線間距離，mm。,表4：冠志PU力學性能,3.7熱處理測試將劃好標線的試件平放在白紙上，放入電熱鼓風干燥箱內，試件與