阳离子水性聚氨酯的研究进展

许汝阳

技术的发展使得越来越多的皮革涂饰材料在皮革化工行业中得到应用。聚氨酯因其优越的性能，在皮革化工行业中有广泛的应用，其优点包括：其软硬度可调节范围广、耐低温、柔韧性好、附着力强等优点而广泛应用于皮革涂饰、涂料、胶粘剂等行业。近年来，随着人们对环境保护越来越重视，世界各国都在寻找水性聚氨酯来代替溶剂型聚氨酯，而且取得了巨大的进步。阳离子水性聚氨酯因其独特且优异的性能在众多水性聚氨酯产品中脱颖而出，成为国内外研究的重点。

阳离子水性聚氨酯的合成机理有许多。根据所选亲水扩链剂的不同大致可以分为两种:一种选用卤素元素化合物，一种选用叔胺化合物。用卤素元素化合物引入阳离子，该机理先将聚醚或者聚酯二醇与二异氰酸酯制成预聚体，加入溶剂降低粘度后，加入卤素元素化合物扩链，然后再加入溶剂降低粘度，加入三乙胺季胺化，搅拌离子化，将离子化后的PU分散到水中，高速剪切乳化，最后蒸除溶剂。该机理的季胺化是酸碱中和。

许汝阳

阳离子水性聚氨酯的合成与阴离子水性聚氨酯的合成最大的不同就是阳离子水性聚氨酯需加酸成盐，因此一般不在水中用胺扩链。所以阳离子水性聚氨酯一般不用阴离子水性聚氨酯常用的预聚体混合法。从国内外近年来的研究来看，阳离子水性聚氨酯的合成主要有熔融法和丙酮法。

熔融法是无溶剂制备水性聚氨酯的重要方法。它把二异氰酸酯的加聚反应和氨基的缩聚反应紧密地结合起来。反应的第一步是合成含亲水基团的端异氰酸酯基预聚体。然后在高温下，该预聚体和过量的脲反应生成缩二脲。该产品分散在水中之后，再和甲醛反应生成甲醇基，通过降低pH值可促进缩聚反应进行扩链和交联。其优点是不需要大量溶剂，避免了分子量快速增长而带来的问题，工艺简单，易于控制，也不需要特殊设备。但是该法合成水性聚氨酯需要特别强的搅拌，因为即使在100℃左右的温度下，预聚体的粘度也很高。用该法制得的水性聚氨酯通常是枝化的和较低分子量树脂。乳液中残存的甲醛的气味也比较大，也有较强的毒性，在环保越来越高的今天，用此种方法制造的水性聚氨酯并不能满足人们的要求。

许汝阳

丙酮法也叫溶液法。就是在低沸点的能和水混合的惰性溶剂中，制得含亲水基团的高分子量的聚氨酯乳液，然后用水将该溶液稀释。先形成油包水的溶剂为连续相的乳液，然后再加入大量的水，发生相倒转，水变成连续相并形成分散液。脱去溶剂后得到无溶剂的高分子量的聚氨酯—脲的分散液。该法操作简单，重复性好。因为聚合物的生成是在均匀的溶液中完成的，该法只限于含亲水基团的线性聚氨酯的分散。另外由于溶液的浓度较低，反应器的容积较大，溶剂的回收比较困难，设备以及操作费用较大。