1、水性聚氨酯的合成課件水性聚氨酯的合成水性聚氨酯的合成水性聚氨酯的合成課件水性聚氨酯的合成水性聚氨酯的合成n第一章第一章 前言前言n1.1 聚氨酯n1.2 水性聚氨酯 n1.3 水性聚氨酯的合成 n1.4 水性聚氨酯的應用 n1.5 前景 水性聚氨酯的合成課件水性聚氨酯的合成水性聚氨酯的合成1.1 聚氨酯聚氨酯n1.1.1聚氨酯的簡介聚氨酯的簡介n聚氨酯的結構它由多異氰酸酯（如，二異氰酸酯OCN-R-NCO）與多元醇（如，二元醇HO-R-OH）反應而成，其中氨基甲酸酯鏈段是重復的結構單元。聚氨酯結構中具有類似酰胺基團及酯基團的結構，因此，聚氨酯的化學與物理性質介于聚酰胺和聚酯之間。 水性聚氨酯的

2、合成課件水性聚氨酯的合成水性聚氨酯的合成1.2水性聚氨酯水性聚氨酯n水性聚氨酯(Waterborne Polyurethane， 簡稱WPU )是以水為介質的二元膠態體系， 包括聚氨酯水溶液、水分散液和水乳液三種。聚氨酯粒子分散于連續的水相中， 也稱之為水性PU 或水基PU。它具有無毒， 不易燃燒， 不污染環境， 節能， 安全可靠， 不易損傷被涂飾表面， 易操作和改性等優點。 水性聚氨酯的合成課件水性聚氨酯的合成水性聚氨酯的合成1.2.1水性聚氨酯的分類水性聚氨酯的分類 n以外觀分，水性聚氨酯可分為聚氨酯水溶液（粒經100nm）。n以親水性基團的電荷性質分，水性聚氨酯可分為陰離子型水性聚氨酯、

3、陽離子型水性聚氨酯和非離子型水性聚氨酯。 n以合成單體分水性聚氨酯可分為聚醚型、聚酯型和聚醚、聚酯混合型。 n以產品包裝形式分水性聚氨酯可分為單組分水性聚氨酯和雙組分水性聚氨酯。 水性聚氨酯的合成課件水性聚氨酯的合成水性聚氨酯的合成1.3.1 水性聚氨酯的合成原料水性聚氨酯的合成原料n1.3.1.1 多異氰酸酯多異氰酸酯 n水性聚氨酯合成的多異氰酸酯包括芳香族和脂肪族兩大類。芳香族主要有TDI（甲苯二異氰酸酯）、MDI（二苯基甲烷二異氰酸酯）；脂肪族主要有HDI（六亞甲基二異氰酸酯）、IPDI（異佛爾酮二異氰酸酯）。 水性聚氨酯的合成課件水性聚氨酯的合成水性聚氨酯的合成 1.3.1 水性聚氨酯

4、的合成原料水性聚氨酯的合成原料n1.3.1.2 低聚物多元醇低聚物多元醇n水性聚氨酯合成用低聚物多元醇主要包括聚醚型、聚酯型兩大類，它構成聚氨酯的軟段。 n1.3.1.3 擴鏈劑擴鏈劑n為了調節分子量及軟、硬段比例，在水性聚氨酯合成中常使用擴鏈劑。擴鏈劑主要是多官能度醇類或胺類化合物。 n1.3.1.4 親水劑（親水性擴鏈劑）親水劑（親水性擴鏈劑）n親水性擴鏈劑指能在水性聚氨酯大分子主鏈上引入親水基團的擴鏈劑，它是水性聚氨酯制備中使用的功能單體。該類擴鏈劑中帶有羧基、磺酸基或叔胺基，結合有此類基團的聚氨酯經中和、離子化，即呈現水溶性。 水性聚氨酯的合成課件水性聚氨酯的合成水性聚氨酯的合成 1.

5、3.1 水性聚氨酯的合成原料水性聚氨酯的合成原料n1.3.1.5 中和劑（成鹽劑）中和劑（成鹽劑） n中和劑是一種能和羧基、磺酸基或叔胺基成鹽的試劑。水性聚氨酯使用的中和劑是三乙胺、氨水、鹽酸及醋酸等。 n1.3.1.6 溶劑溶劑 n水性聚氨酯預聚體制備時粘度較大，為方便傳質、傳熱，尤其是后期的乳化，必須加入適當的溶劑。 n1.3.1.7 水水 n水性聚氨酯中水是分散介質，為提高穩定性，此時應使用去離子水或蒸餾水。水性聚氨酯的合成課件水性聚氨酯的合成水性聚氨酯的合成1.3.2 水性聚氨酯的合成水性聚氨酯的合成n1.3.2.1 合成機理合成機理n水性聚氨酯的合成可分為兩個階段：n第一階段為預逐步

6、聚合，即由低聚物二醇、擴鏈劑、水性單體、二異氰酸酯通過溶液逐步聚合生成分子量為103 量級的水性聚氨酯預聚體；第二階段為中和后預聚體在水中的分散。 n根據擴鏈反應的不同，自乳化法主要有丙酮法和預聚體分散法。水性聚氨酯的合成課件水性聚氨酯的合成水性聚氨酯的合成 1.3.2 水性聚氨酯的合成水性聚氨酯的合成n1.3.2.2乳化原理乳化原理 n利用中和劑或成鹽劑， 使水性聚氨酯的側基( COOH ) 或叔氨基( NR3 ) 在高速攪拌作用下分散于水中。 中和劑或成鹽劑的選擇原則是: 使樹脂穩定性好， 色淺外觀好且經濟易得。 n乳化過程中， 理想的狀態是聚氨酯大分子鏈上的疏水部分曲卷聚集在乳膠中心。親

7、水基團分布在乳膠粒表面并指向外圍水相， 粒子界面上離子結合體的分裂作用形成雙電層， 通過化學鍵連接在聚氨酯骨架上的陰（陽）離子保留固定在粒子表面， 而離子則遷移至粒子周圍的水相中， 在微球表面形成N電勢的電荷層， 從而加強了水分散體的穩定性。水性聚氨酯的合成課件水性聚氨酯的合成水性聚氨酯的合成 1.3.2 水性聚氨酯的合成水性聚氨酯的合成n1.3.2.3制備方法制備方法n(1)丙酮法丙酮法(相轉變法相轉變法)n該方法是在丙酮中合成帶有親水基團的PU 預聚體， 慢慢加水， 達到一定量時發生相轉變， 水成為連續相， 而被溶劑溶脹的PU 粒子成為不連續相， 成為PU 水分散液， 在加水前可以將-NC

8、O封閉起來， 使用時加熱交聯。 n(2)預聚物混合法預聚物混合法(固體自分散法固體自分散法) n該方法是先制備帶有親水基團的端-NCO 預聚物， 然后分散在水中， 制成水分散體， 此法需加少量溶劑， 使其粘度下降。n(3)融熔分散法融熔分散法n先制成含親水基團的-NCO 封端預聚物， 與尿素反應， 生成親水性的縮二脲預聚物， 分散在水中， 與甲醛反應進行擴鏈或交聯。 n(4)酮亞胺酮亞胺&酮連氮法酮連氮法n該方法使用封閉型二元胺(酮亞胺或酮連氮) 作為潛擴鏈劑加到親水性-NCO 能封端預聚物中， 二者不會發生作用， 當水分散該混合物時， 由于酮亞胺的水解速度比-NCO 與水的反應速度快， 釋放

9、出二元胺與預聚物反應， 生成擴鏈的聚氨酯2脲。 水性聚氨酯的合成課件水性聚氨酯的合成水性聚氨酯的合成1.3.3 水性水性PU 的性能改進的性能改進n1.3.3.1 內交聯內交聯n該方法是在合成水性PU 時， 引入三維結構， 提高耐水性。內交聯的引入方法有以下二種:n 預聚體合成時引入三維結構， 用量很少;n 水中擴鏈時使用三元胺擴鏈。n1.3.3.2 自交聯自交聯n該方法是在水性PU 合成時引入可交聯基團， 如封閉異氰酸酯， 可交聯雙鏈， 可自聚羥甲基。 n1.3.3.3 外交聯外交聯n該方法是在水性PU 應用時加入交聯劑， 實現交聯。n1.3.3.4 共混改性共混改性n將水性PU 與水性PA

10、 進行共混的研究， 在降低成本的同時， 提高了耐水性。n1.3.3.5 共聚改性共聚改性nPU 與PA = PN S 結構的水性聚合物。 水性聚氨酯的合成課件水性聚氨酯的合成水性聚氨酯的合成1.4 水性聚氨酯的應用水性聚氨酯的應用 n1.4.1 織物涂層整理織物涂層整理n1.4.2 皮革涂飾劑皮革涂飾劑n1.4.3 水性聚氨酯涂料水性聚氨酯涂料n1.4.4 水性聚氨酯粘合劑水性聚氨酯粘合劑n1.4.5 印染助劑印染助劑 n1.4.6 其他應用其他應用n水性PU 可制成木制家具烘烤漆n水性PU 環氧樹脂可用于艦船涂層、金屬防腐涂層 n水性PU 可制成高檔建筑涂料 水性聚氨酯的合成課件水性聚氨酯的

11、合成水性聚氨酯的合成1.5 前景前景n水性PU 作為正在蓬勃發展的新型高分子材料， 不僅僅是為了解決環保問題，更因通過離聚體制得的APU 分子鏈中存在庫倫力和氫鍵作用，使其中膠粘性能等方面可與溶劑型PU 媲美，正逐步顯示出優良而廣泛的應用性能。因此，在皮革及纖維處理、膠粘劑和涂料等應用領域均可見其蹤影，且有日漸取代溶劑型PU 的趨勢。經過大量科研人員的努力， 將不斷提高其性能， 使適用于更多的場合， 這是一個值得重視、研究、開發的新領域。 水性聚氨酯的合成課件水性聚氨酯的合成水性聚氨酯的合成 第二章第二章 實驗部分實驗部分 n2.1 實驗儀器 n2.2 實驗材料與藥品 n2.3 實驗方法 n2

12、.4 水性聚氨酯的應用 n2.5 測試 水性聚氨酯的合成課件水性聚氨酯的合成水性聚氨酯的合成2.1實驗儀器實驗儀器儀器名稱型號儀器名稱型號英文名稱英文名稱縮寫縮寫生產廠家生產廠家JB50-D型磁力電動攪拌機 Fourier Transform-IR Spectroscopy800型 上海手術器械廠 HHS.I指針式電熱恒溫水浴鍋 Electric Heat Constant Temperature Water Bath Boiler 37100 上海華連醫療器械有限公司 FA1004型電子天平Electronic Weighing Balances精度0。0001g上海精密科學儀器有限公司DH

13、G-9070A烘箱01000 滬粵科學儀器廠DHG-9053A型電熱恒溫鼓風干燥箱Electrically-heated Blast Desiccator0-200上海醫用恒溫設備廠水性聚氨酯的合成課件水性聚氨酯的合成水性聚氨酯的合成2.2實驗材料與藥品實驗材料與藥品試劑名稱試劑名稱級別級別生產廠家生產廠家聚乙二醇 工業級國藥集團化學試劑有限公司 N-甲基二乙醇胺 AR上海亨斯邁聚氨酯有限公司 2，2-二羥甲基丙酸 AR上海亨斯邁聚氨酯有限公司濃鹽酸 AR國藥集團化學試劑有限公司氫氧化鈉 AR上海試劑廠 丙酮 AR國藥集團化學試劑有限公司液態MDI （suprasec2023） 聚合級 上海亨

14、斯邁聚氨酯有限公司液態MDI（suprasec7112） 聚合級 上海亨斯邁聚氨酯有限公司水性聚氨酯的合成課件水性聚氨酯的合成水性聚氨酯的合成2.3 實驗方法實驗方法n2.3.1陽離子水性聚氨酯的合成陽離子水性聚氨酯的合成n2.3.1.1合成機理合成機理n用叔胺化合物引入陽離子n該機理首先將異氰酸酯直接滴入聚酯二醇與叔胺化合物的反應體系中直接進行聚合擴連，再加入溶劑降低粘度，然后加入離子化試劑，攪拌離子化，將離子化后的PU分散到水中，高速剪切乳化，最后蒸除溶劑。 水性聚氨酯的合成課件水性聚氨酯的合成水性聚氨酯的合成2.3.1.2實驗步驟實驗步驟n（1）預聚體的制備）預聚體的制備n在裝有電動攪拌

15、器、溫度計的四口燒瓶中，加入摩爾比為1:1的N-甲基二乙醇胺與聚乙二醇（PEG，1000），并加入少量丙酮，逐漸升溫至60左右，待反應體系內丙酮除盡之后，接上回流冷凝管。在四口燒瓶中加入少量丙酮保持在6065溫度下反應4小時后，將溫度升至80，再反應30分鐘 。n（2）預聚體的中和）預聚體的中和n對預聚體進行降溫，當溫度降至40左右時，加入少量鹽酸中和，調節PH值到6，加大量丙酮溶解稀釋，快速攪拌混合物，直至混合物呈現半透明為止。n（3）乳化）乳化n將一定量的去離子水加入到四口燒瓶中，同時高速攪拌保持溫度在40-50之間，將中間體置于滴液漏斗中，緩慢滴加入水中，待中間體完全滴完之后，將溫度升至

16、60保持10分鐘，用鹽酸調節乳液PH值，直至乳液呈無色透明為止（一般PH=6時，乳液為無色透明），最后的到了陽離子水性聚氨酯乳液。水性聚氨酯的合成課件水性聚氨酯的合成水性聚氨酯的合成2.3.2 陰離子水性聚氨酯的合成陰離子水性聚氨酯的合成n2.3.2.1 制備原理制備原理n(1) 聚合物多元醇與異氰酸酯反應，制備預聚體。n(2) 在預聚體中加入親水性擴鏈劑DMPA，制備含羧基的預聚體，并用成鹽劑中和羧基成鹽。n(3) 將上述產物分散于水中，端羥基預聚體與水進行擴鏈反應形成大分子，大分子疏水部分卷曲聚集形成微粒中心，親水部分分布在微粒表面形成水合層，成為穩定的水分散PU 乳液。水性聚氨酯的合成課

17、件水性聚氨酯的合成水性聚氨酯的合成2.3.2.2 實驗步驟實驗步驟n（1）預聚物的合成）預聚物的合成n在通干燥氮氣的的條件下，在裝有攪拌器、溫度計及滴液漏斗的四口瓶中，按計量投入聚乙二醇（PEG，式量1000）與2，2-二羥甲基丙酸，并加入少量丙酮，將溫度升至80除盡丙酮的同時最大化溶解DMPA固體，將白色固體DMPA完全溶解后，節回流冷凝管，然后緩慢將溫度回至60，按配方計量緩慢滴加液態MDI，將溫度保持在60-65，恒溫反應4小時，將溫度再次升至80，反應30分鐘。n（2）中和乳化及分散）中和乳化及分散n將NAOH按與-COOH摩爾比為1:1的計量，加入去離子水中配成NAOH水溶液，然后將

18、聚合產物滴加到NAOH水溶液中，室溫下，高速剪切攪拌，帶預聚物全部乳化后，保持30分鐘 。水性聚氨酯的合成課件水性聚氨酯的合成水性聚氨酯的合成2.4 水性聚氨酯的應用水性聚氨酯的應用n2.4.1陰離子水性聚氨酯的改性陰離子水性聚氨酯的改性n2.4.1.1 實驗原理實驗原理n陰離子水性聚氨酯與陽離子氨基硅油在水溶液中、形成類似于鹽類的混合體系，具有水溶性好的穩定乳液特點。陽離子氨基硅油與陰離子水性聚氨酯符合乳液，當共混液涂抹于羊毛織物表面時，由于大部分羊毛織物帶有正電荷，故帶有正電荷的陰離子水性聚氨酯由于電荷的異性相吸，自動覆蓋于織物表面第一層，增加其耐磨性（這是由于整理后的織物表面粗糙度減小及

19、水性聚氨酯膜本身的耐磨性能所引起），同時不可避免的的降低了織物的柔軟度與手感，此時陽離子氨基硅油由于電荷的同性相斥，覆蓋于織物外層，增加了織物的柔軟度與手感。n2.4.1.2 實驗步驟實驗步驟n將已經乳化好的陰離子水性聚氨酯至于裝有電動攪拌器、溫度計的四口燒瓶中，室溫下，將陽離子氨基硅油通過滴液漏斗，以1:1（摩爾比）的計量比，緩慢滴入，待陽離子氨基硅油全部滴完后，繼續攪拌并逐漸升溫至50保持30分鐘（除去混合乳液中的丙酮）。水性聚氨酯的合成課件水性聚氨酯的合成水性聚氨酯的合成2.5測試測試n2.5.1 熱穩定性熱穩定性n將裝有陽（陰）離子水性聚氨酯乳液的四口燒瓶置于水浴鍋中，分別在溫度為30

20、、40、50、60、70、80條件下攪拌，觀察其乳液變化n2.5.2 乳液穩定性乳液穩定性n沉積試驗：將乳液在50 ML (10 CM 長) 的離心管中， 采用靜置、冷凍和在轉速為3000轉/分鐘下，離心30分鐘三種辦法。 用試管裝入少量分散液， 然后用塞子堵好試管口， 最后把試管放進冷凍柜(218) ， 放置三天后取出， 讓其在常溫下靜止解凍，觀察解凍后的分散液。n2.5.3 固含量固含量n將一定量水性聚氨酯乳液稱重后置于已經恒重的燒杯中，于80烘箱內干燥，待三次稱重變化在0.1克范圍內時，說明水性聚氨酯中的溶劑已經除盡，將燒杯與干燥器內冷卻至室溫，稱重。n2.5.4 乳液粘度的測定乳液粘度

21、的測定n按照1:15的比例用蒸餾水將乳液稀釋，然后用旋轉粘度計（NDJ-4型）測定。水性聚氨酯的合成課件水性聚氨酯的合成水性聚氨酯的合成第三章第三章 結果與討論結果與討論 n3.1陽離子水性聚氨酯n3.1.3 加料方式的選擇n方法一n由于是將N-甲基二乙醇胺（MEDA）滴入到液態MDI中，液態MDI端基上的-NCO基暴露于空氣中時間過長，不可避免的與空氣中的水發生暴聚，產生不溶于丙酮的凝膠，導致乳化的失敗（見表3）。水性聚氨酯的合成課件n方法二n此方法是將液態MDI滴入到N-甲基二乙醇胺（MEDA），此法解決了由于液態MDI過長時間暴露于空氣中，而與水發生暴聚的凝膠問題。但是，由MEDA與液態

22、MDI反應生成的聚合產物，雖然能在水中溶解，且達到理想的粘度與固含量要求，但由于其存在水溶性不足而導致乳液呈現乳白色渾濁的現象，這可能是因為NCO基與極少部分的水反應生成了一個個微凝膠，分子在主體上是親水的，但是由于微凝膠的存在而影響其乳化效果，達不到穩定透明，而且由此法制成的陽離子水性聚氨酯分子量不夠大而不滿足于應用中涂抹于羊毛織物陽離子水性聚氨酯需要大分子量的的要求。故還需在此方法基礎上有所改進，在不損失粘度與固含量的基礎上，以增大其親水性和分子量。（見表3）水性聚氨酯的合成課件n方法三方法三n方法三是于方法二之上的改進方案，為滿足增大聚合物的親水性和分子量的目的，故引入了聚乙二醇（PEG

23、，式量1000），因為聚乙二醇本身具有親水性極強的特征，通過導入聚乙二醇，大大提高了聚合物分子鏈的長度與分子量大小，以及其親水性，從而大大提高了聚合產物的乳化效果且大大增加了陽離子水性聚氨酯的實際應用性能，滿足了應用中涂抹于織物表面的聚氨酯涂層需大分子量的要求，可謂是一舉兩得。（見表3）n故本實驗中合成方法采用方法三。水性聚氨酯的合成課件MDIMDI型號型號聚合方式聚合方式不通氮氣不通氮氣通氮氣通氮氣聚合物特征聚合物特征在丙酮中的溶解性在丙酮中的溶解性乳化效果乳化效果聚合物特征聚合物特征在丙酮中溶解在丙酮中溶解性性乳化效果乳化效果SUP2023方法一白色固體不溶固體不溶白色粘性物質部分溶解乳液

24、分層方法二白色粘性物質部分溶解乳液分層白色粘性物質全部溶解乳白色渾濁液，不分層方法三白色粘性物質部分溶解乳液分層白色粘性物質全部溶解無色透明乳液，不分層SUP7112方法一白色固體不溶固體不溶白色粘性物質部分溶解乳液分層方法二白色粘性物質部分溶解乳液分層白色粘性物質全部溶解乳白色渾濁液，不分層方法三白色粘性物質部分溶解乳液分層白色粘性物質全部溶解無色透明乳液，不分層水性聚氨酯的合成課件水性聚氨酯的合成水性聚氨酯的合成3.1.4 水份對聚合物以及乳化效果的影響水份對聚合物以及乳化效果的影響n由表3我們不難看出，聚合反應中通入的干燥氮氣的作用：是除去反應體系空氣中的水份，避免液態MDI端基的-NC

25、O基團與水發生暴聚，結塊產生凝膠，聚合反應中一旦有水的滲入，直接影響-NCO與-OH的反應，導致凝膠或者微凝膠的產生，最終影響乳化效果，所以反應中切記水分的排除，方法一般以通入干燥氮氣，并且在滴入MDI之前，除盡PEG與DMPA混合物中丙酮。水性聚氨酯的合成課件水性聚氨酯的合成水性聚氨酯的合成3.1.5 NCO/OH比對乳液性能的影響比對乳液性能的影響nNCO/OH 的比值實際上等于MDI/(PEG+ DMPA)的比值。它在理論上決定了乳化前MDI中- NCO 基團的反應程度， 即決定了乳化前- NCO 的濃度值， 并且NCO/OH的比值對預聚物也起到了決定性的作用。 合適的NCO/OH比值能

26、使分子鏈得以充分擴大，但又不影響乳化效果。當NCO/OH 的比值太小時， 在預聚階段TD I 參與反應的程度過大， 所得的預聚物相對分子質量較大， 粘度也較大; 而另一方面， 剩余的-OH 過多， -OH之間形成氫鍵， 導致粘度明顯增加; 當NCO/OH 的比值過大時， 在乳化時-NCO 與水反應生成較多取代脲基， 同時放出CO2， 致使乳化困難， 甚至因反應過于激烈， 無法乳化。n在聚氨酯的生產中，NCO/OH比對合成產物的結構、性能影響十分明顯。乳液的粘度隨著NCO/OH比的增加而降低。這是因為，NCO/OH比越大，聚氨酯中硬段（由多異氰酸酯或小分子擴鏈劑組成）含量升高，軟段（通常由聚醚或

27、聚酯組成）含量相對低。這樣聚氨酯的彈性就降低，拉伸強度升高，斷裂伸長率變小，本實驗中NCO/OH為1.05:1做出的乳液效果最佳。（理論NCO/OH最佳比例為1:1，但是在前面討論中提到的那樣，雖然反應中通過通入氮氣的方法去除影響反應的水份，但是還是會存在實驗準備階段的損失量）。 水性聚氨酯的合成課件水性聚氨酯的合成水性聚氨酯的合成3.1.6 丙酮對乳化效果的影響丙酮對乳化效果的影響n乳化前加入聚合產物的丙酮作用：丙酮是介于聚合反應結束，乳化反應開始之前所加的，其作用是稀釋溶解聚合產物，目的使聚合物分子分散而不至于濃度太大，以便于每個聚合物分子鏈在進入到水中之后馬上被水包圍乳化，從而避免由于聚

28、合物分子粘度過大，濃度過大而相互纏繞、粘結在一起，進入水中后大分子團便面被水包圍、乳化，但是內部分子由于粘結、纏繞緊密，水分子無法滲入包圍從而產生一個個大的分子團，從而得到乳白色渾濁乳液，影響乳化效果。水性聚氨酯的合成課件水性聚氨酯的合成水性聚氨酯的合成3.1.7 中和度及乳液中和度及乳液PH值的影響值的影響n將聚合物鏈上的NR3用酸中和時，所加入酸的量占完全中和聚合物上氨基所需酸量的百分比稱為中和度。由表4可以看出，隨著中和度的增長，聚氨酯乳液的外觀由乳白不透明（中和度為60%）變為無色透明乳液（中和度為100%），這是由于隨著中和度的增大，乳液的親水性增加，乳液粒徑變小，乳液外觀變透明。所

29、以較為適宜的中和度是95%-100%，即當PH值在6-7之間時乳液外觀最透明。編號編號中和度中和度PHPH值值乳液外觀乳液外觀1未中和8淡白色290%7.5淡白色395%7無色透明4100%6無色透明5105%5淡黃色表表4 4 中和度及乳液中和度及乳液PHPH值對乳液外觀的影響值對乳液外觀的影響水性聚氨酯的合成課件水性聚氨酯的合成水性聚氨酯的合成3.1.8溫度的選擇溫度的選擇n(一一)初聚過程初聚過程n在溫度一定的情況下， 反應速度和NCO ， OH 基團的濃度有關。初聚過程NCO 基團和OH 基團的濃度都很大， 造成反應速度較大。 此外， MDI 的兩個NCO 基團之間互相產生誘導效應，

30、促使其反應活性增加。 所以聚合初期的反應溫度不宜過高， 以防反應過于激烈， 造成后期乳化困難。一般控制在60。初聚時控制在不同反應溫度下的反應情況如表5 所示。 水性聚氨酯的合成課件初聚反應溫度初聚反應溫度/體系粘度變化體系粘度變化乳化情況乳化情況50-60粘度變化平緩乳化較易，得到無色透明乳液60-70反應2h后，粘度過大，需加入丙酮調節乳化前需加入大量丙酮，且要高速攪拌70-80反應2h后出現爬桿現象不能乳化注：爬桿現象-聚合物沿攪拌器上升并粘結在攪拌器上表表5 5初聚時不同反應溫度的影響情況初聚時不同反應溫度的影響情況n表表5 說明，說明， 在初聚過程中，在初聚過程中， 溫度過高時，溫度

31、過高時， 易使反易使反應過于激烈，應過于激烈， 粘度增長加快，粘度增長加快， 即副反應的程度增大，即副反應的程度增大，反應不夠平穩，反應不夠平穩， 乳化效果差乳化效果差; 溫度較低時，溫度較低時， 對最終對最終效果影響大，效果影響大， 但反應時間延長。但反應時間延長。 故在初聚過程中，故在初聚過程中， 應將溫度控制在應將溫度控制在(55-60) 。 水性聚氨酯的合成課件n（二）中期合成溫度（二）中期合成溫度n中期合成溫度是反應發生40 min 后， 即初聚過程后的中期反應階段的反應溫度。 通過正交實驗可知， 溫度應該控制在65 左右。因為過高的溫度下，聚合物分子中-N-H上的H也會與NCO發生

32、反應，因此控制合適的溫度， 既能保證OH 與NCO正反應的進行，又可抑制副反應的發生。n（三）后期溫度（三）后期溫度n 后期溫度一般指反應最后三十分鐘的溫度，由于大部分NCO已被OH反應，NCO濃度很低，升高溫度，將不會發生-N-H與NCO的副反應，故升溫提高了NCO的反應活性，將有助于與OH的充分反映，以消耗最后的剩余NCO基團。n（四）乳化溫度（四）乳化溫度n乳化過程的溫度控制也是影響產品制備效果的主要因素之一。 通過反復實驗及相關資料顯示， 溫度的高低對乳化效果會產生很大的影響，在乳液的熱穩定性中我們已經討論過，故溫度一般控制在60以下或者室溫進行。水性聚氨酯的合成課件水性聚氨酯的合成水

33、性聚氨酯的合成3.1.9 丙酮用量對反應時間的影響丙酮用量對反應時間的影響n丙酮的作用：由于反應體系是放熱反應，故隨著-NCO與-OH反應進程的進行，體系溫度越來越高，聚合物分子量逐漸增大，體系的粘度越來越大，越來越不利于反應的正常進行，故加入少量丙酮可以溶解反應物與產物，降低體系的粘度。水性聚氨酯的合成課件圖圖1 丙酮用量與反應時間圖丙酮用量與反應時間圖501001502002503003.54.04.55.05.56.0反應時間（小時）丙酮用量（ML） Bn由圖由圖1可以看出，隨著丙酮用量的增加，反應時間逐漸增長，這是因可以看出，隨著丙酮用量的增加，反應時間逐漸增長，這是因為丙酮的加入使反

34、應物為丙酮的加入使反應物-NCO與與-OH的濃度減小，反應體系的空間增的濃度減小，反應體系的空間增大，從而使大，從而使-NCO與與-OH在空間的碰撞次數減少，最終延長反應時間。在空間的碰撞次數減少，最終延長反應時間。但考慮到反應體系在不加丙酮或只加少量丙酮的條件下，體系粘度太但考慮到反應體系在不加丙酮或只加少量丙酮的條件下，體系粘度太大而不利于反應的順利進行，故一般采用丙酮加入量在大而不利于反應的順利進行，故一般采用丙酮加入量在100ML，并采，并采取冷凝回流的方法以減少丙酮的消耗量和對環境的污染。取冷凝回流的方法以減少丙酮的消耗量和對環境的污染。水性聚氨酯的合成課件水性聚氨酯的合成水性聚氨酯

35、的合成 3.2 陰離子水性聚氨酯陰離子水性聚氨酯n3.2.1NaOH用量對乳化的影響用量對乳化的影響nNAOH作為成鹽劑中和羧基成鹽。NAOH的用量直接影響著聚合物的水溶性，在我們所了解的無機化學中酸、堿、鹽的水溶性知識，一般在水中的溶解性，鹽 酸 堿水性聚氨酯的合成課件NAOH/COOH0:11:11:2乳液酸堿性酸中性堿性乳化特征淡白色不分層無色透明，不分層乳白色，不分層表表10 NAOH10 NAOH用量對乳化的影響用量對乳化的影響n由上表由上表10。可以看到，當。可以看到，當NAOH與與COOH比正好中和時，比正好中和時，乳液形成鹽溶液，乳液形成鹽溶液，PH接近接近7，此時的乳液最為透明，乳液，此時的乳液最為透明，乳液外觀最理想，而無論是外觀最理想，而無論是-COOH過量或者是堿過量都會影過量或者是堿過量都會影響乳液的乳化效果，因此陰離子水性聚氨酯乳化能力響乳液的乳化效果，因此陰離子水性聚氨酯乳化能力:鹽鹽 酸酸 堿，在實驗中采取堿，在實驗中采取NAOH/COOH為為1:1的條件乳化。的條件乳化。水性聚氨酯的合成課件水性聚氨酯的合成水性聚氨酯的合成3.2.6 COOH基質量分數對乳液穩定性的影響基質量分數對乳液穩定性的影響n在試驗中我們不難