水性聚氨酯的分类和实际应用中的注意事项

自从水性聚氨酯在皮革涂饰行业得到成功应用后，国内外相关企业和研究机构针对水性聚氨酯的研究逐渐扩大和深入。水性聚氨酯是以水为溶剂，是安全环保性产品。水性聚氨酯可以通过外乳化或者内乳化的方式得到，其中外乳化型水性聚氨酯储存稳定性较差，而内乳化可获得粒子均匀的分散体产品。对于内乳化型水性聚氨酯而言，亲水性基团是不可缺少的部分。水性聚氨酯根据亲水基团的不同可以分为阴离子型、阳离子型、非离子型、阴非离子和阳非离子型以及两性离子型水性聚氨酯。目前，阴离子水性聚氨酯研究和实际应用最为广泛。

阴离子水性聚氨酯一般选用羧酸盐或者磺酸盐为亲水基团，近几年也有研究采用磷酸盐作为亲水基团的案例。根据亲水基团也可将阴离子水性聚氨酯细分为羧酸盐型、磺酸盐型和磷酸盐型水性聚氨酯。羧酸型常用的扩链剂有二羟甲基丙酸（DMPA）、二羟甲基丁酸（DMBA），或者半酯等等。DMPA的溶解性比较差，因此在聚氨酯制备过程中需要加入助溶剂才能较为容易的得到稳定的水性聚氨酯。DMBA比DMPA对一个亚甲基，其在树脂中的溶解性较好，因此可在制备过程中不添加或少添加溶剂。但是DMBA价格较为昂贵。也有研究采用DMPA对己内酯开环制备软段含有羧基的多元醇，然后无溶剂法制备水性聚氨酯。在制备羧酸型水性聚氨酯时，通常选用三乙胺来中和羧基形成羧酸盐，也可以选用其他有机胺或者氢氧化钠、氢氧化钾等作为中和剂。但是，需要注意不同中和剂会影响水性聚氨酯的乳液粒径分布，乳液的稳定性和水性聚氨酯的应用性。磺酸盐常用的扩链剂有1,2-丙二醇-3-磺酸钠、1,4-丁二醇-2-磺酸钠、乙二胺基磺酸钠，以及磺酸聚酯二元醇等等。通常，磺酸型亲水扩链剂更容易获得高固含量的乳液，这是由于磺酸钠属于强电解质，亲水性更高，双电层更容易形成。然而，磺酸盐型亲水单体的引入使得离聚物黏度难以控制，需要大量的溶剂进行稀释，生产操作难度大。目前磺酸盐型水性聚氨酯一般用于制备50%固含量的乳液，用于鞋胶，真空吸塑胶，木材胶等行业。笔者通过大量实验判断，磺酸盐型亲水单体适用于制备外观乳白的产品，对于高透外观的乳液显得难度较大。乳液透明度要求越高，亲水单体含量需要越高，这就导致离聚物黏度难以控制，甚至凝胶。因此，制备高通透性的水性聚氨酯需要从羧酸型或者羧酸和磺酸混合型角度入手考虑。

阳离子水性聚氨酯是通过链上的氮原子与酸中和成盐而达到亲水作用的。通常亲水性扩链剂有N-甲基二乙醇胺、二乙醇胺、N，N-二甲基乙醇胺、二乙烯三胺与环氧氯丙烷的反应产物等等。阳离子亲水单体由于分子结构中的氮原子的碱性作用，与异氰酸酯基团反应速度非常快，放热特别明显，特别是制备芳香族阳离子水性聚氨酯时。因此，在合成阶段，一定要控制好反应温度，防止爆聚而凝胶。阳离子水性聚氨酯相比于阴离子而言，更容易获得较细的乳液粒径，并且链段的柔顺性较为优异，但是一般阳离子水性聚氨酯不耐黄变。